عنوانم کتاب: دانستنی های شبکه و تصفیه خانه فاضلاب
نویسنده: نادیا برهانی، امیر ناسوتی
هدف کتاب دانستنیهای شبکه و تصفیه خانه فاضلاب نوشته نادیا برهانی و امیر ناسوتی، متمرکز کردن اطلاعات مورد نیاز درباره طرحهای آب و فاضلاب در یک مجموعه که بیشتر مورد استفاده فارغالتحصیلان دانشگاهها خواهد بود، است.
با گسترش هر روزهی پروژههای فاضلاب، بهرهبرداری در سایه توجه بسیار به طراحی و اجرا به فراموشی سپرده شده است. کارشناسان پس از 20 سال اجرا متوجه حلقه گم شدهای شدند که در اصل حلقه اصلی حساب میشود. به طوری که اگر طراحی و اجرا بدون توجه به بهرهبرداری انجام شود، پروژه در دوره طرح خود با مشکلات و محدودیتهایی مواجه خواهد شد که توجیه اقتصادی را منفی خواهد کرد.
خلاصه ای از کتاب:
مقدمه
بر پايه شواهد تاريخي، هسته اوّليه زندگي اجتماعي و اساس نخستين تمدن بشري در كنار رودخانهها، درياها و چشمه سارها شكل گرفته است. افزايش جمعيت شهرها، پيشرفت صنايع، بالا رفتن سطح فرهنگ و بهبود وضعيت اجتماعي و اقتصادي مردم جوامع مختلف، اهميت و نياز به آب را صد چندان نموده است.
همزمان با تحولات فوق، مشكلات مربوط به توليد فاضلاب و اثرات زيست محيطي ناشي از آن ابعاد گستردهاي به خود گرفت. به همين منظور تفكر ايجاد شبكههاي جمعآوري، انتقال و تصفيه فاضلاب بوجود آمد. از این رو زیرساخت های آب و فاضلاب جزء حیاتی ترین طرحهاي عمراني كشورها هستند. تعيين و برآورد نيازهاي آبي يك اجتماع به خصوص براي كشور ما كه به لحاظ كمبود آب در تنگنا قرار دارد، اهميت فوقالعادهاي دارد.
ميزان مصرف آب و تولید فاضلاب در اشكال مختلف تابع عوامل گوناگوني از قبيل شرايط اقتصادي، اجتماعي، فرهنگي و اقليمي جامعه مورد مطالعه بوده و ايجاب مينمايد مطالعات وسيعي در باب شناخت خصوصيات مذهبي، آداب و سنن، اخلاقيات و تواناييهاي مردم جامعه، در نحوه بهرهبرداري و شكل مناسب استفاده از آب، صورت پذيرد. در مطالعات مرتبط با طرح های فاضلاب عومل مختلفی از قبیل: دوره طرح، جمعیت سال هدف، میزان فاضلاب تولیدی، محدودیت های قانونی طرح، درجه تصفیه فاضلاب، نوع فرآیند، اقتصاد طرح و ارزیابی زیست محیطی دارای اهمّیت است. که در این فصل بصورت خلاصه به آن ها پرداخته می شود.
دوره طرح و تعیین مرحلهبندی اجرایی اجزاء مختلف طرح
با عنايت به اين حقيقت كه جمعيت و مقدار مصارف سرانه و نياز آبي در شهرها و اجتماعات، بطور معمول در حال افزايش بوده و از طرفي امكانات مالي و اجرايي محدود است، لذا در هر طرح تأسيسات شهري اعم از آب يا فاضلاب، زمان مناسبي انتخاب ميشود تا شرايط و نيازمنديهاي سال مقصد در تعيين مباني طراحي ملاك عمل قرار گيرد. فاصله زماني شروع بهرهبرداري از تأسيسات تا سال مقصد را “دوره طرح” مينامند.
بجز بررسی اقتصادی که عامل اصلی در تعیین دوره طرح است، عوامل زیر نیز در انتخاب دوره طرح مؤثّرند:
1- عمر مفید تأسیسات مورد طراحی با در نظر گرفتن امکان تأمین لوازم یدکی مورد نیاز
2- سادگی توسعه تأسیسات که موجب کوتاهی دوره طرح میگردد.
3- آهنگ رشد سالیانه جمعیت طرح که بالابودن آن موجب کوتاهی دوره طرح میشود.
4- کیفیت بهرهبرداری و امکان استفاده از نیروی انسانی با مهارت کافی
همانطور که ذکر شد انتخاب دوره طرح تابع عوامل و شرايط زيادي است. لذا ارائه عددي به صورت كلي و براي تمام طرحهاي آب و فاضلاب مقدور نميباشد. ولي در شرايط ايران با توجه به نشريه شماره 3-117 (سازمان برنامه و بودجه-وزارت نيرو) ميتوان از20 تا 40 سال در نظر گرفت، مگر آنكه شرايط خاص ناحيهاي و يا عوامل مؤثر در دوره طرح، محدودكننده باشند.
اصولاً دوره طرح با توجه به عمر مفید تجهیزات و تأسیساتِ در نظر گرفته شده، تعیین میگردد. با توجه به نشریه 3-117 دوره طرح تاسیسات آب یا فاضلاب بر اساس توانایی فنی تولید تجهیزات در داخل کشور، 20 تا 40 سال توصیه شده است.
آیندهنگری جمعیت در گزینه های مختلف
از 5 روش براي پيشبيني جمعيت در سالهای آینده استفاده میشود. اين روشها عبارتند از: 1- روش تصاعد حسابي 2- روش تصاعد هندسي 3- روش لگاريتمي 4- روش کاهش روند افزايشی رشد 5- روش ترکیبی (مؤلفهای)
هر کدام از روشهای فوق به تفکیک توضیح داده شده و جمعیتهای 5 ساله تا انتهای دوره با استفاده از هر روش محاسبه خواهند شد.
پيشبيني جمعیت بر پايه روش رشد حسابی
در اين روش نحوه تغييرات جمعيت به صورت حسابي در نظر گرفته ميشود و فرض ميگردد رشد جمعيت بهصورت خطي بوده و با بهدست آوردن ضريب رشد متوسط طي چندين دوره آماري اين ضريب رشد جهت پيشبيني جمعيت در آينده مدنظر قرار ميگيرد. در اين روش از فرمول Pn=Po + K (tn – to) استفاده ميگردد.
که در آن Pn جمعيت در n سال آينده و Po جمعيت در سال مبدأ و K ضريب رشد ميباشد. to سال ابتدای دوره طرح و tnسال انتهای دوره طرح میباشد.
پيشبيني جمعيت بر پايه روش تصاعد هندسي
در اين روش فرض ميشود رشد جمعيت محدوده مورد مطالعه به روش تصاعد هندسي بوده و با فرض يک ضريب رشد ساليانه متوسط که از روي آمار و اطّلاعات گذشته منتج شده است به پيشبيني جمعيت آينده محدوده مورد مطالعه پرداخته خواهد شد. در اين روش از فرمول Pn=Po (1+r) (tn – to) استفاده خواهد شد.
پيشبيني جمعیت بر پايه روش لگاريتمي
در اين روش فرض ميشود نحوه رشد جمعيت بهصورت لگاريتمي بوده و جهت برآورد جمعيت از فرمول Lnpn=Lnpo + K(tn-to) استفاده ميگردد با در نظرگرفتن جمعيت سالهاي گذشته و بهدستآوردن يک ضريب رشد متوسط و ملاک قراردادن آن، جمعيت آينده محاسبه و پيشبيني ميگردد.
پيشبيني جمعيت بر پايه روش کاهش روند افزايشی رشد
در اين روش فرض ميگردد رشد جمعيت در سالهاي اوّليه به دليل مسائل مختلف اجتماعي بالاتر از حد معمول بوده و با گذشت زمان و به مرور به حالت طبيعي درآمده و شدت رشد جمعيت نسبت به سالهاي ابتدايي کاهش پيدا خواهد نمود. بنابراين ابتدا محاسبه اختلاف جمعيت در طي سالهاي آماري موجود انجام ميگيرد و سپس درصد افزايش جمعيت نسبت به سال مبدأ براي هر دوره آماري بدست ميآيد. سپس با کم کردن مقادير درصد رشد يک ضريب کاهش رشد متوسط درنظر گرفته ميشود و درنهايت با اعمال اين ضريب روي آخرين ضريب رشد به پيشبيني وضعيت آينده پرداخته خواهد شد.
روش ترکیبی
روش ترکیبی عبارت است از تجزیه و تحلیل و بررسی عناصر تولد، مرگ و مهاجرت.
این روش، روشی جامع و درست برای پیشبینی جمعیت است که انجام آن با نرم افزار نیز بر دقت و صحت کار میافزاید. نرم افزارPeople نرمافزاری کاربردوست است که از آن برای پیشبینی جمعیتهایی در سطح ملی و کوچکتر استفاده میگردد. این نرم افزار قادر است پیشبینیها را به صورت مستقل یا مجموع چند پروژه تا 110 سال به انجام رساند. ورودیهای نرم افزار عبارتند از:
- اطّلاعات مربوط به جمعیت پایه
- اطّلاعات مربوط به باروری
- اطّلاعات مربوط به مرگ و میر یا امید به زندگی
- اطّلاعات مربوط به مهاجرت
هر کدام از این دادهها به تفکیک جنس و گروه سنی به سیستم داده میشوند. خروجیهای حاصل از تحلیل ورودی، گزارشهایی به صورت جدول و نمودار میباشند.
تعیین مصرف سرانه آب و تولید فاضلاب
مصرف سرانه آب
مصرف آب به ازای هر نفر، مصرف سرانه نام دارد. سرانه معمولاً به صورت لیتر بر روز بیان میگردد. محدوده سرانه مصرف آب متفاوت بوده و این مقدار در ایران معمولاً بالاتر از دیگر کشورهاست.
بطورکلي مصارف آب بسته به نوع مصرف به سه دسته عمده مصارف خانگي، مصارف عمومي و مصارف کارگاهي و صنعتي تقسيم ميشود. در اجتماعات کوچکتر، مصارف خانگي 60 تا 80 درصد کل مصرف را به خود تخصيص داده و مصارف عمومي، بهخصوص مصارف کارگاهي و صنعتي اهميت خود را در مقابل مصرف خانگي از دست ميدهند. بنابراين تعيين دقيق مصرف خانگي به عوامل متعددي بستگي دارد و از مهمترين آنها ميتوان عوامل زير را نام برد:
– بعد خانوار و سطح زندگي مردم و ميزان برخورداري از رفاه اوّليه زندگي معمولي
– ميزان آگاهيها و امکانات بهداشت فردي و محيطي
– ميزان درآمد سکنه و استفاده از شبکه آب
– نحوه دفع فاضلاب
– فشار آب در شبکه توزيع و شرايط هيدروليکی آن
– وجود امکانات رفاهي و بهداشتي جانبي
– شرايط اقليمي و وضعيت آب و هوايي منطقه
– کيفيت وکميت آب آشاميدني
– ميزان کاربرد تاسيسات حرارتی و برودتي
– نحوه کنترل ميزان آب مصرفي و وجود وسايل اندازهگيری
– قيمت فروش آب
تحلیل فایر(Fair & Geyer ) برای پیشبینی مصرف سرانه
مصرف آب در طول دوره طرح ثابت نمیماند بلکه تحت تأثیر عوامل مختلف مانند تغییر اقلیم، فرهنگ و آداب و رسوم ساکنین تغییر میکند. با توجه به اینکه طراحی تأسیسات آب و فاضلاب بر اساس مصرف پایان دوره انجام میشود، باید با یکی از روشهای موجود، مصرف سرانه در انتهای دوره طرح پیشبینی گردد. در روش Fair میزان افزایش سرانه مصرف معادل 10 درصد ازدیاد جمعیت خواهد بود.
مصارف عمومی، تجاری و صنعتی در شهر
در یک جمعبندی کلیتر، سرانه مصرف آب از مجموع مصارف زیر تشکیل میشود:
– سرانه خانگي
– سرانه عمومي
– سرانه تجاری و صنعتي
– سرانه فضایسبز عمومی
– آب بهحسابنیامده
نشتاب (Infiltration)
نشتاب عبارتست از آبهایی که از طریق اتصالات، شکستگی و ترکهای فاضلابرو و دیوارههای آدمرو وارد فاضلابروها میشوند. منشأ نشتاب آبهای زیرزمینی و تراوش آب از لولههای شبکه آب شهری میباشد. عوامل مؤثر در میزان نشتاب شامل قابلیت هیدرولیکی سفرههای آب زیرزمینی، جنس و نفوذپذیری زمین، سطح ایستابی سفرههای آب زیرزمینی، توپوگرافی منطقه، عمق کارگذاری مجاری فاضلاب و درنهایت جنس و نحوه اتصال لولههای فاضلابرو میباشد. مراجع مختلف روشها و ارقام متفاوتی برای محاسبه نشتاب ارائه کردهاند. این مقادیر در جدول شماره 3 ارائه شده است.
کيفيت فاضلاب
فاضلاب مخلوطی از آب و مواد محلول و نامحلول است که در نتیجه مصرف آب تولیدمی شود. در بحث تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، ترکیبات موجود در فاضلاب را در چهاردسته کلی زیر تقسیم بندی میکنند:
- ترکیبات قابل تجزیه بیولوژیکی محلول (حدود 60 درصد)
- ترکیبات قابل تجزیه بیولوژیکی نامحلول (حدود 20 درصد)
- ترکیبات غیرقابل تجزیه بیولوژیکی محلول (حدود 13 درصد)
- ترکیبات غیرقابل تجزیه بیولوژیکی نامحلول (حدود 7 درصد)
درصد ترکیبات موجود در فاضلاب شهری تحت تأثیر عوامل مختلفی از قبیل عادات اجتماعی مردم، سطح رفاه جامعه و شرایط آب و هوایی منطقه محدوده طرح می تواند تغییرنماید. میزان ترکیبات موجود در فاضلاب را می توان با شاخص های آلایندگی از قبیل BOD (Biochemical Oxygen Demand)، COD (chemical Oxygen Demand) و TSS (Total Suspended Solids) بیان نمود.
BOD5 ازجمله کاربردی ترین شاخص های تعیین میزان آلودگی فاضلاب بوده و عبارتست از ميزان اکسيژنی که باکتري های هوازی نياز دارند تا مواد آلی موجود در فاضلاب را طی مدّت پنج روز اکسيد نمايند. اکسيداسيون مواد آلی کربندار موجود در فاضلاب معمولا طی 20 روز کامل می شود ولی با توجه به اینکه بيشترين حجم مواد آلی کربندار در 5 روز اوّل اکسيدمی گردد از شاخص BOD5 برای تعیین میزان آلودگی فاضلاب استفاده می شود.
طبق استاندارد صنعت آب وزارت نيرو، سرانه BOD5 در شهرها 50 – 45 و در روستاها 35 – 25 گرم به ازای هر نفر در روز تعيين شده است. در اغلب محاسبات BOD5 برحسب ميلی گرم بر ليتر يا گرم بر مترمکعب بکارمی رود که حاصلضرب BOD5 سرانه در جمعيت مورد نظر تقسيم بر ميزان جريان متوسط روزانه فاضلاب توليدی می باشد.
از آنجا که مصارف عمده پساب تصفيه شده فاضلاب در ایران شامل (1) آبياری فضای سبز و زمين های کشاورزی، (2) تخليه به منابع سطحی آب مانند درياچه ها و رودخانه ها و (3) تزريق به منابع آب زيرزمينی است و بنابراين تصفيه خانه برحسب اينکه پساب حاصل از تصفيه خانه چه کاربردی پيدامی کند، بايد بتواند به استانداردهای وضع شده در اين زمينه دست يابد. برای بدست آوردن درجه یا راندمان تصفيه از رابطه زير استفاده می شود:
روشهای اجرای شبکه فاضلاب
لوله گذاری به روش ترانشه باز
برای کارگذاری لولههای فاضلاب در مسیرهای تعیین شده، از کانالهای مستطیلی شکلی به نام ترانشه استفاده میشود. عمق این کانالها برابر با عمق طراحی و عرض آنها بیشتر از قطر لوله میباشد.
برای لولهگذاری قبل از شروع عملیات حفاری ابتدا طبق عرض مورد نظر، آسفالت یا موزائیک سطح خیابان پس از نقشهبرداری و تعیین دقیق مسیر و علامتگذاری، برداشته میشود. آسفالت، موزائیک یا سنگ کندهشده از سطح باید به محلی از پیش تعیینشده انتقال یابد. مصالح زیرسازی خیابان نیز باید در جای مناسبی دپو شوند تا پس از پرکردن ترانشه مجدداً مورد استفاده قرار گیرند.
خاک حاصل از حفر ترانشه را باید در فاصله 75 سانتیمتری از محل حفر در یک طرف ترانشه ریخت تا پس از لولهگذاری در صورتی که عاری از قلوهسنگ و پارهآجر و دیگر مصالح ساختمانی باشد، جهت پرکردن مجدد ترانشه مورد استفاده قرار گیرد. حفر ترانشه معمولاً به وسیله بیل مکانیکی انجام میگیرد، امّا در معابر کمعرض و باریک که امکان بارگیری و حمل خاک به وسیله ادوات مکانیکی وجود ندارد، باید از چرخ دستی و سایر وسایل برای حفر ترانشه و حمل خاک استفاده کرد.
زمینهای با بافت سیلتی یا بافت دانهای و زمینهای لجنی، به هنگام حفر ترانشه نیاز به تمهیدات خاص به منظور نگهداری جدار ترانشه دارند.
حداقل عرض ترانشه به منظور کندن مسیر لولهگذاری بستگی به نوع و قطر لوله، عمق ترانشه، بافت و نوع زمین دارد. عرض خالص در رقوم کف ترانشه حفاری شده و یا در داخل فضای حفاظت شده (با سپر، داربست چوبی و یا روشهای دیگر) باید به نحوی باشد که بتوان باتوجه به تأمین شرایط ایمنی لازم به راحتی لوله را به داخل کانال هدایت و نصب کرده و خاکریزی اطراف و روی لوله را انجام داد. نکات ایمنی دیگر به هنگام حفر ترانشه به صورت زیر است:
- حتی الامکان از ورود آبهای سطحی به داخل ترانشه و یا نشت آب از لولههای شکسته به داخل ترانشه که منجر به ریزش دیواره و سستشدن خاک اطراف میشود، جلوگیری شود و در صورت ورود آب آنرا با پمپ سریعاً تخلیه نمود.
- هنگام برخورد به لولههای آب، گاز و کابلهای برق یا تلفن در موقع حفر ترانشه انجام اقدامات ایمنی و حفاظتی الزامی بوده و برچیدن این تأسیسات منوط به کسب مجوز از دستگاههای ذیربط میباشد، در غیر این صورت صدمات وارده به تأسیسات مذکور باید جبران گردد.
عرض خالص توصیهشده در کف ترانشه برای لوله به قطر خارجی تا 500 میلیمتر که برای کوبیدن خاک اطراف و روی لوله از وسایل دستی استفاده میشود برابر 40 سانتیمتر + OD (قطر خارجی لوله بر حسب سانتیمتر) و برای لوله با قطر خارجی بیشتر از 500 میلیمتر که برای کوبیدن خاک اطراف و روی لوله از وسایل سبک ماشینی استفاده میشود برابر 60 سانتی + OD است.
بعد از خاتمه عملیات حفاری، باتوجه به عمق و شیبهای مندرج در نقشهها مسیر دقیق نصب لولهها بوسیله علامتگذاری مشخص میشود. پس از ترازیابی و کنترل کف ترانشه اقدام به رگلاژکردن آن با خاک سرندی (خاک نرم + 50 درصد ماسه بادی) به ارتفاع حداقل 15 سانتیمتر میشود. لولهگذاری در حد فاصل دو آدمرو باید به گونهای باشد که هیچگونه انحناء، خمیدگی و قوس در آن دیده نشود. در انتهای این فصل جدول مربوط به رابطه عرض ترانشه و قطر لوله، که از فهرست بهای شبکه فاضلاب استخراج شده، آورده شده است.
تونلزنی
در معابر و مسیرهایی که عمق ترانشه بیش از 4 متر است میتوان پس از هماهنگیهای لازم، نسبت به حفر تونل اقدام نمود. در روش سنتی حداکثر فاصله بین میلههایی که به منظور تهویه، حفاری، پرکردن و بردن مصالح به داخل تونل حفر میشود، 12 تا 25 متر میباشد. در هنگام کار باید با توجه به جنس زمین و شرایط کار جهت حمل لوله و مصالح به داخل تونل، یک یا دو میله را با مقطع مستطیل در امتداد ترانشه به طول حداقل 3 متر حفر نمود. برای جلوگیری از ریزش و ایجاد خطر برای کارگران، دیوارها و سقف تونل باید در حد مورد نیاز چوببست شوند. در صورتی که به دلایلی ریختن و کوبیدن خاک سرندی در داخل تونل میسر نباشد باید کف ترانشه را به ارتفاع 15 سانتیمتر با سیمان عیار 150بتنریزی کنند.
امروزه در اغلب نقاط دنیا و حتی اکثر کشورهای منطقه، روشهای سنتی لولهگذاری به صورت کانال باز، به دلیل ایجاد خرابیهای فراوان در سطح شهر و بروز اختلالات بسیار در زندگی شهروندان، وارد آمدن خسارات مختلف به تأسیسات زیربنایی، صرف زمان زیاد و بالتبع هزینههای گزاف که بسیاری از آنها در مراحل طراحی مخفی مانده و در برآوردهای اوّلیه به حساب نمیآیند، جای خود را به روشهای جدید از جمله لولهرانی با روش حفاری ماشینی دادهاند. خوشبختانه روشهای نوین تونلزنی به کمک پیمانکاران آمده و سرعت اجرای تونلها را، از پروژههای مترو گرفته تا لولهگذاری نفت و فاضلاب، افزایش داده است.
در این روش، به جای گودبرداری سرتاسری در معابر و خیابانها، در فواصل معینی که با توجه به جنس خاک و نوع کاربری، ابعاد لوله و ویژگیهای طراحی خطوط انتقال فاضلاب تعیین میشود، حفرههایی به نام چاه رانش و چاه دریافت با عمق مورد نظر ایجاد و پس از تحکیم بستر و دیوارههای آن، ماشین آلات حفاری و جکهای هیدرولیک ویژۀ لولهرانی به درون آن منتقل میشوند و همزمان با حفر کانال در فاصله بین چاه رانش تا چاه دریافت، لولهها یکی پس از دیگری به درون کانال رانده شده و با پایان یافتن حفر کانال، کار لولهگذاری نیز به اتمام رسیده و دستگاه حفاری از چاه دریافت خارج میشود.
این روش لولهرانی برای زمینهای سست و رسی، دجی، شنی، ماسهای و زمینهای سنگی (به غیر از سنگهایی با ابعاد بیشتر از 3 متر) مناسب است. نصب موفق لولهها با این روش منوط به طراحی مناسب، بررسی دقیق خصوصیات ژئوتکنیکی مسیر خط لوله و برخورداری از تجربه کافی است. از مزایای لولهرانی (Pipe-jacking) و تکنولوژی حفاری ماشینی (Micritunneling) میتوان به مواردی نظیر حداقل اختلال در سطح زمین، کاهش خرابی آسفالت خیابانها، مزاحمت کمتر برای ترافیک شهری، عدم اختلاط خاک، کمترین احتمال نشست زمین، کاهش میزان دستخوردگی در تأسیسات شهری و کمترشدن آلودگی هوا ناشی از گرد و غبار اشاره نمود.
- دستگاه حفاری قرار دادهشده در چاه رانش
پارامترهای مؤثّر در وسعت طرح و انتخاب محل تصفیه خانه فاضلاب
وسعت طرح می تواند تابع شرایط طبیعی و جغرافیایی و شیب عمومی زمین در منطقه محدوده طرح و یا تقسیمات کشوری و یا ترکیبی از هر دو این عوامل باشد. بازدید میدانی پروژه توسط مهندس طرح و تیم طراحی از منطقه محدوده طرح و بررسی و انطباق اطّلاعات توپوگرافی، زمین شناسی، هیدرولوژی، اقلیمی، اکولوژی و ملاحظات اقتصادی و اجتماعی طرح تأثیر زیادی بر طراحی می تواند داشته باشد.
وضعیت موجود زمین های منطقه محدوده طرح و طرح هایی که در حال حاضر و در آینده برای کاربری این زمین ها درنظرگرفته شده اند باید مورد توجه تیم طراحی باشند و با مراجعه به سازمان ها و ادارات ذیربط اطّلاعات صحیحی از آنها تهیه گردد.
در انتخاب محل اجرای طرح عوامل متعددی میتواند مورد توجه تیم طراحی قرارگیرد که مهمترین آنها شامل موارد زیر می باشد. لازم به توضیح است که عوامل زیر دارای ارزش و وزن یکسان در مناطق مختلف نمیباشند و در برخی مناطق یک یا چند عامل میتواند اهمّیت بیشتری داشته باشد.
1- محل تصفیه خانه باید در کد ارتفاعی پایین منطقه محدوده قرارداشته باشد بطوریکه جریان ورودی به آن به صورت ثقلی باشد.
2- محل تصفیه خانه نباید در حریم شهر و مناطق مسکونی بوده و باید در خلاف جهت توسعه شهر باشد. رعایت فاصله لازم و کافی جزء ضروریات طرح می باشد زیرا احتمال انتشار بوی نامطبوع و روئیت مناظر زشت از این تأسیسات وجوددارد.
3- محل تصفیه خانه باید به اندازه کافی بزرگ بوده و دارای زمین لازم جهت جداسازی تصفیه خانه با فضای سبز و طرح توسعه باشد و لذا زمین های با قیمت بالا برای این منظور مناسب نمی باشند.
4- محل تصفیه خانه باید فضای مورد نیاز جهت دفع مواد زائد تولیدشده از قبیل آشغال و لجن مازاد را داشته و یا دسترسی به محل دفع مواد زائد تولیدی به سهولت امکان پذیر باشد.
5- محل تصفیه خانه نباید در مسیر سیلاب و رواناب های نامتعارف انتخاب شود زیرا ایستگاه پمپاژ و واحدهای فرآیندی براساس این جریانات طراحی نمی شوند.
6- محل تصفیه خانه باید به راه های اصلی و جاده های دایمی دسترسی داشته باشد.
7- محل تصفیه خانه باید در نزدیکی منابع پذیرنده پساب تصفیه شده از قبیل رودخانه ها و زمین های کشاورزی باشد.
8- زمین محل تصفیه خانه باید به منظور احداث سازه های بتنی مناسب باشد. از این رو زمین هایی از قبیل زمین های باتلاقی که هزینه زیادی برای آماده سازی آن مورد نیاز است برای محل تصفیه خانه انتخاب مناسبی نمی باشند. محل فوق نباید بر روی منابع زیرزمینی آب قرارگیرد مگر آنکه سطح آب های زیرزمینی به اندازه کافی (بیش از 50 متر) پایین باشد.
9- محل تصفیه خانه باید دارای یک شیب ملایم باشد تا غلبه بر افت های هیدرولیکی واحدهای مختلف تصفیه خانه ممکن بوده و مشکلی برای جریان ثقلی فاضلاب بین واحدها ایجادنگردد.
10- محل تصفیه خانه نباید در محل بناهای تاریخی و آثار ملی ثبت شده احداث شده و حریم این اماکن باید رعایت شود.
11- محل تصفیه خانه نباید در جهت بادهای غالب بوده و در مناطق ساحلی باید حریم خط ساحلی را رعایت نموده و تخلیه پساب تصفیه شده به دریا نباید موجب از بین رفتن پتانسیل تفریحی و سایر مزایای با ارزش این منطقه شود.
روابط هیدرولیکی طراحی شبکه فاضلاب
برای بدستآوردن روابطی که بتوان به راحتی با آنها محاسبه شبکه را انجام داد فرضهایی انجام میگیرد که کاربرد آنها تقریبهایی به همراه دارد. این فرضها عبارتند از:
الف- جریان دائمی است:
ب- جریان یکنواخت است:
ج- دبی جریان ثابت است:
فرضهای بالا تنها در صورتی کاملاً صحیح است که در یک مقطع از لوله مقدار سرعت در زمانهای مختلف یکسان و سطح مقطع جریان در طول لوله ثابت باشد و همچنین انشعابی به لوله وارد نگردد. لازم به ذکر است که پخش سرعت در سطح مقطع جریان ثابت فرض می گردد.
روابط مورد استفاده در طراحی شبکه فاضلاب عبارتند از رابطه پیوستگی و رابطه جریان.
الف- رابطه پیوستگی (Continuity equation):
رابطه بین سطح مقطع لوله و سرعت جریان رابطه پیوستگی نام دارد و به صورت زیر بیان میگردد:
که در آن:
A: سطح مقطع لوله
v: سرعت جریان
این رابطه بیان میکند که با ثابت ماندن دبی، حاصلضرب سرعت در سطح مقطع لوله ثابت میماند.
ب- رابطه جریان(Flow formula) :
رابطه جریان رابطهایست میان سرعت و افت فشار از یک سو و ابعاد و مشخصات هندسی لوله از سوی دیگر. رابطههای جریان به دو دسته تئوریک و تجربی تقسیم میشوند. رابطه دارسی- وایسباخ تئوریک و روابط مانینگ و هیزن ویلیامز جزو روابط تجربی هستند. رابطه مانینگ (Manning Formula) به دلیل سادگی کاربرد و دقت نسبتاً خوب آن بسیار مورد استفاده قرار میگیرد. این رابطه به صورت زیر است:
که در آن:
V: سرعت
n: ضریب زبری مانینگ (بستگی به جنس لوله دارد)
S: شیب کارگذاری لوله
R: شعاع هیدرولیکی مقطع جریان
طراحی شبکههای فاضلاب بدین صورت است که با انتخاب شیب در محدوده مورد قبول و انتخاب لوله با n معلوم و در نهایت رعایت ارتفاع پرشدگی سرعت جریان در لوله بدست میآید. این سرعت باید در محدوده قرار بگیرد. در غیر این صورت با اعمال تغییرات در پارامترهای مذکور باید مقدار سرعت را داخل محدوده قرار داد.
این چرخه برای هر لوله ممکن است چند بار تکرار گردد تا به سرعت موردنظر برسیم. همچنین با تغییر پارامترهای مربوط به هر لوله هیدرولیک لولههای بعدی نیز تحتتأثیر قرار خواهد گرفت. به دلیل وقتگیر بودن و احتمال اشتباه در محاسبات، نرمافزارهای مختلفی بوجود آمدهاند. SewerCAD یکی از قویترین نرمافزارهای طراحی شبکه است که خطا را به حداقل مقدار ممکن میرساند. نحوه تحلیل شبکه با استفاده از این نرمافزار در بخشهای بعدی این کتاب خواهد آمد.
محدودیت سرعت
سرعت شستشو، سرعتی است که برای شستشوی مواد تهنشین شده لازم است. با تکیه بر نتایج آزمایشگاهی و به طور کلی با توجه به وزن مخصوص مواد آلی موجود در فاضلابها و مواد معلّقی مثل ماسه، کمترین سرعت لازم برای جلوگیری از تهنشینی این مواد 75/0 متر بر ثانیه میباشد. با توجه به نوسان تولید فاضلاب در بعضی از ساعات شبانهروز تهنشینی مواد اجتناب ناپذیر است؛ پس باید در تعیین سرعت حداقل به نکات زیر توجه شود:
- سرعت حداقل در آغاز بهره برداری به دلیل حداقل بودن جمعیت
- سرعت حداقل در آغاز بهره برداری به دلیل کم بودن ضریب بهرهبرداری
- سرعت حداقل در حالت خشک و بدون بارندگی
محدودیت شیب
تنش برشی که از طرف جریان به کف و دیواره لوله وارد میگردد از رابطه زیر بدست میآید:
که در آن:
τ: تنش برشی
wγ: وزن مخصوص فاضلاب
R: شعاع هیرولیکی مقطع جریان
S: شیب لوله
با توجه به این رابطه مشخص است که هرچه قطر لوله کمتر باشد نیاز به شیب بیشتری برای بوجودآوردن تنش برشی لازم جهت شستشوی مواد تهنشین شده در لوله میباشد. به طور کلی شیب از 005/0 تا 05/0 متغیر میباشد. در جدول شماره 5 شیب لولههای فاضلاب ارائه شده است.
محدودیت ارتفاع فاضلاب در فاضلابرو
با کاهش ارتفاع فاضلاب در لوله سرعت کمتر شده و احتمال تهنشین شدن مواد معلّق بالا میرود. با افزایش ارتفاع نیز احتمال تبدیل جریان ثقلی به جریان تحتفشار در برخی نقاط مسیر وجود دارد. به همین دلیل برای ارتفاع فاضلاب در لوله مقدار حداقل و حداکثری در نظر گرفته میشود. معمولاً ارتفاع را در محدوده 1/0 و 75/0 در نظر میگیرند.
محدودیت قطر
محدودیت قطر به دلیل محدودیت در سرعت و اجتناب از خوردگی است.
لولههای فاضلاب پلیاتیلنی در قطرهای 110، 200، 250، 300، 350، 400، 450، 500، 600، 700، …. و 2400 میلیمتر در بازار ایران موجود میباشند. حداقل قطر مورد استفاده در روش متعارف 200 و در روش SDGS (Small Diameter Gravity Sewer)، 110 میلیمتر میباشد.
محدودیت عمق
عمق لولههای فاضلاب بهداشتی بستگی به وجود و یا عدم وجود زیرزمین در شهر و عمق آنها و همچنین عمق سطح آب زیرزمینی دارد. این عمق تا حد امکان باید کم در نظر گرفته شود تا در نهایت حجم خاکبرداری به حداقل برسد. برای پیشگیری از یخبندان و وجود بار ترافیک بر روی لوله، عمق حداقل را برابر 2 متر در نظر میگیرند. به همین دلیل کمترین عمق منهولهای تولیدی نیز 2 متر میباشد. برای مقدار حداکثر نیز محدودیتی جز هزینه وجود ندارد.
توجه به سایر شریانهای حیاتی به هنگام تعیین عمق کارگذاری ضروری است. برای جلوگیری از نشت محتویات فاضلابرو به شبکه آب همیشه لوله فاضلاب پایینتر از لوله آب قرار میگیرد.
با توجه به نشریه 3-117 خطوط لوله آب باید حداقل در فاصله افقی 3 متری از لولههای فاضلاب قرار گیرند. فاصله عمودی حداقل نیز باید برابر 50 سانتیمتر باشد. توصیه میگردد لولههای گاز بالاتر از همه لولهها قرار گیرد.
محل قرارگرفتن لوله:
برای عبور و مرور بهتر ماشینآلات به هنگام اجرا و رفع خرابیها و اتفاقات به هنگام بهرهبرداری، بهتر است لولهها در خیابانها قرار گیرند. قرار دادن یک لوله در وسط خیابان یا دو لوله در طرفین خیابان باید مورد بررسی اقتصادی و فنی(شیب) قرار بگیرد. بهتر است در خیابانهای با عرض کمتر از 15 متر، لوله در وسط و در خیابانهای با عرض بیشتر از 24 متر دو لوله در دو طرف خیابان قرار بگیرد. این کار باعث میشود تا انشعابهای هر طرف خیابان به فاضلابرو همان طرف متصل شده و از طول انشعابات کاسته شود. برای خیابانهای با عرض 24-15 متر بسته به نظر طراح یکی از دو روش ذکر شده انتخاب میگردد.
بررسی عوامل مؤثر بر خوردگی و فرسایش لولهها و تأسیسات فاضلاب
خوردگی عبارت از تولید اسید ضعیف یا قوی ناشی از مواد موجود در لوله و واکنش این اسید با مادّۀ تشکیلدهنده لوله و در نتیجه آسیب دیدن لوله میباشد.
طي ساليان اخير در كشور، بدون توجه به مسايل اقتصادي، اجتماعي، اقليمي و … پروژههايي تهيه و اجرا گرديده كه متناسب با شرايط منطقه نبوده است و بيشتر توجه مسئولين امر، انجام سرمايهگذاري در جهت احداث تأسیسات و شبکههای جديد بوده است؛ این در حالی است که به مسئله بهرهبرداري و نگهداري طرحهاي اجرا شده، آن چنانكه بايد توجه نشده است.
به عنوان مثال خطوط فاضلاب اجرا شده در تعدادي از شهرهاي بزرگ كشور عليرغم اين كه عمر زيادي از احداث آنها نميگذرد دچار مشكل گرديدهاند. یکی از دلایل طبیعی بروز این مشکلات، پدیده خوردگی است؛ گستردگی جغرافیایی، روز به روز باعث افزایش زمان انتقال در شبکههای جمعآوری شده که این خود باعث تغییر کیفیت و افزایش خوردگی میگردد
در اثر تماس باکتریها و سایر میکروارگانیسمها با سطح داخلی لولهها و سایر تأسیسات انتقال و توزیع و رشد لایه میکروبی، سالانه خسارتهای کلانی متوجه کشورها میشود. صنایع نفت، سامانههای انتقال حرارت و تأسیسات انتقال و توزیع آب و همچنین شبکههای جمعآوری و انتقال فاضلاب از مهمترین صنایع تحت تأثیر رشد بیوفیلمها میباشند. بیوفیلمهای ناخواسته در این تأسیسات مشکلات بهرهبرداری مختلفی ایجاد میکنند که خوردگی بیولوژیکی و گرفتگی، مهمترین آنها هستند.
گفتنی است برای هر یک از اجزای ضروری در فعل و انفعالات زیستی غلظتی موسوم به غلظت بحرانی تعریف میشود؛ بنابراین جزء یا اجزایی که زودتر به غلظت بحرانی برسند تعیینکننده غلظت بیوفیلم هستند [9]. اغلب ماده آلی (TOC) و اکسیژن به عنوان عوامل محدودکننده رشد، چه در سیستمهای هوازی و چه بیهوازی، شناخته میشوند. در شرایط بیهوازی باکتریهای احیاکننده سولفات که عمدتاً اتوتروف هستند، انرژی مورد نیاز خود را از احیای یون سولفات بدست میآورند. مکانیسم واکنش به صورت زیر است:
در صورت وجود اکسیژن کافی محلول، واکنش شیمیایی زیر در لولهها بوقوع میپیوندد:
بدین ترتیب اسید ضعیف به اسید قوی تبدیل و خوردگی شدیدتر میگردد.
- لایهبندی بیوفیلم بر روی سطح داخلی لوله
تشکیل بیوفیلم بر روی بستر را میتوان به 3 مرحله تقسیم کرد:
- مرحله اوّل رشد، به صورت لگاریتمی است و از الگوی رشد معلّق پیروی میکند.
- در مرحله دوم سرعت رشد ثابت است.
- مرحله سوم، مرحله آغاز خودخوری و شستهشدن توسط نیروی برش هیدرولیکی است. ولی در حالت کلی، افزایش تدریجی ضخامت منجر به گرفتگی میگردد.
فرسایش نیز به علّت وجود مواد معلّق در فاضلاب اجتنابناپذیر است.
بررسی تمهیدات لازم به منظور جلوگیری از خوردگی، فرسایش و رسوب در خطوط جمعآوری و خط انتقال
مهمترین عامل برای جلوگیری از خوردگی لولههایی که در شبکه فاضلاب به کار میروند، استفاده از لولههای با جنس مناسب است. رعایت ارتفاع پرشدگی لوله نیز از عوامل مؤثر بر کاهش خوردگی میباشد. در مقاطع دایرهای، ارتفاع فاضلاب بایستی بیشتر از 1/0 و کمتر از 7/0 قطر لوله باشد. با افزایش ارتفاع فاضلاب غلظت گازهای اسیدی متصاعد شده افزایش یافته و طبق اصل لوشاتلیه واکنش با سرعت زیادی به سمت تجزیه مواد تشکیلدهنده لوله، پیش میرود.
همچنین کاهش ارتفاع فاضلاب از حد مجاز، منتهی به رسوبگذاری شده و مشکلات بعدی را بوجود میآورد. همچنین میدانیم که حداکثر سرعت زمانی اتفاق میافتد که ارتفاع فاضلاب در لوله به 7/0 قطر برسد. هرچه سرعت افزایش مییابد نیروی برشی حاصل از آن بیشتر شده و در نتیجه فرسایش بیشتر میگردد. فرسایش و رسوبگذاری با افزایش زبری سطح داخلی لوله نیز افزایش مییابد. در حالت کلی عوامل ذکر شده در معادله مانینگ به صورت زیر موجود میباشند.
با توجه به معادله فوق با انتخاب لولهای که ضریب زبری (n) پایینی داشته باشد و ارتفاع فاضلاب در آن در محدوده ذکر شده باشد، میتوان سرعت خوردگی، رسوبگذاری و فرسایش را تا حد زیادی کاهش داد.
شیب کارگذاری لوله نیز به عنوان مهمترین عامل در طراحی مطرح بوده و رعایت محدوده توصیهشده در مورد آن ضروری میباشد.
فصل 2:اصول طراحی شبکه فاضلاب بوسیله نرمافزار SewerCAD
مقدمه
در این بخش با ارائه یک مثال کاربردی و ساده قابلیت نرم افزار SewerCAD در طراحی شبکه فاضلاب ارائه میگردد. در این کتاب نسخه SewerCAD V8i برای طراحی شبکه فاضلاب استفاده شده است.
آماده کردن نقشه ها
جهت طراحی شبکه فاضلاب شهری نیازمند نقشهای از معابر شهر و رقوم ارتفاعی آن هستیم. به همین دلیل، جهت طراحی، یک نقشه اتوکد از اطّلاعات ذکر شده تهیه کرده و آنرا به فرمت .Dxf ذخیره میکنیم.
- نقشه شهر مورد مطالعه
شروع کار با نرم افزار SewerCAD
برای راهاندازی یک پروژه جدید در این نرمافزار بر روی آیکون کلیک کرده تا نرم افزار راهاندازی شود. سپس از گزینه File و روی گزینۀ New کلیک کرده تا صفحهای مطابق شکل زیر باز شود. در این شکل اجزای مختلف و مورد نیاز نرم افزار ارائه شده است.
- نمایی از اجزای اصلی شبکه فاضلاب
برای تغییر واحدهای اندازه گیری نرم افزار از سیستم انگلیسی به SI از بخش Tools> options و در زبانه Units، گزینۀ Reset Default را به SI تغییر داده و OK را کلیک میکنیم.
- تغییر واحدهای اندازه گیری از US به SI
برای افزودن فایل شهر و رقوع ارتفاعی آن به پس زمینه کار، از بخش نشان داده شده در شکل 6 استفاده کرده و در بخش نشان داده شده وارد New File شده و فایلی از پس زمینه شهر به همراه رقوم ارتفاعی را که مطابق شکل 3 تهیه گردید و به فرمت Dxf ذخیره شد، را به پس زمینه کار اضافه میکنیم. در صورت عدم نمایش از ابزار زوم برای نمایش استفاده شود.
- اضافه کردن فایل پس زمینه به نرم افزار
اجزای تشکیل دهنده شبکه در نرم افزار SewerCAD
وظايف يک شبکه جمعآوري فاضلاب شهري عبارت است از جمعآوري فاضلاب از کليه محلهاي توليد فاضلاب و خارج کردن آن با روش آسان و ارزان از محيطزيست به نحوي که حتيالامکان از نيروي ثقل در جمعآوري و انتقال استفاده شود. همچنین باید نکات فني رعایت شود به گونهای که نيازي به نيروي انساني و تماس مستقيم نباشد و از نظر شيب، محلهاي بازديد، خروج گازها و جلوگيري از انفجار، پيشبينيهای لازم صورت گيرد. بعلاوه یک شبکه مناسب باید به راحتي قابل تعمير و دسترسي باشد. تأسيسات يک شبکه جمعآوري فاضلاب شهري عبارتند از:
- مجاري فاضلابرو
- انواع لولهها از نظر ابعاد، مقاطع مختلف و جنس لولهها
- خطوط انتقال، ثقلي، آزاد، روباز، تحت فشار
- سيفونها وزيرگذرها و خطوط تحت فشار (پمپاژ)
- تونلها با مقاطع مختلف، تخممرغي، نعلاسبي، دايرهاي
- مجاري ويژه آب باران (در شبکههاي مجزا يا درهم)
- مجاري فرعي، نيمه اصلي
- انشعاب خانهها
لوله و مجاری فاضلابرو
در نرم افزار با کلیک بر روی آیکون (سمت چپ صفحه نمایش) میتوان لولهها را ترسیم کرد. در شبکه فاضلاب شهری اساس طراحی معمولاً براساس شبکه ثقلی میباشد. در شبکه ثقلی نباید لوپ (حلقه بسته) تشکیل شود؛ زیرا نرمافزار نمیتواند آن را مدل کند. همچنین باید جهت رسم بگونهای باشد که فاضلاب از مناطقی با رقوم ارتفاعی بالاتر به رقوم ارتفاعی پایینتر منتقل شود. طراحی باید به گونهای باشد که حتیالمکان مجبور نشویم شیب معکوس داشته باشیم (شکل 7).
جهت کلی جمعآوری شبکه باید بگونهای باشد که مجموع فاضلاب جمعآوری شده به پستترین نقطه شهر منتقل شود. با رسم یک لوله بصورت پیشفرض دو منهول در بالادست و پایین دست آن ایجاد میگردد.
اگر بر طبق ضوابط گفته شده عمل کنید، شبکهای مانند شکل زیر رسم میشود. اگر در مشاهده عوارض ایجاد شده مشکل دارید کافیست از بخش Tools>Options و در زبانه Drawing ، با استفاده از بخش Annotation Multiplies، اندازه سیمبلها و اطّلاعات نوشتاری را با تغییر اندازههایشان بصورت مناسب مشاهده کنید (اندازهها را از 1 به 20 تغییر دهید تا عوارض بزرگتر شوند). همچنین میتوان در همین قسمت و در بخش Scale، مقیاس واقعی نقشه را وارد نرم افزار کنید.
- طرح شماتیک از لولهگذاری فاضلاب
- شبکه جمعآوری فاضلاب برای منطقه موردنظر
حال اگر بر روی یکی از لولههای ایجاد شده دو بار کلیک کنید، شکلی مطابق شکل 9 باز میشود. در زبانههای آن اطّلاعات مختلف شامل جنس، قطر لولهها، مختصات قرارگیری و نتایج محاسبات هیدرولیکی (مانند سرعت) وجود دارد. در حالت کلي فاضلابروها به لحاظ شکل به دو دسته عمده کانال و لوله تقسيم ميشوند. کانالها در حالت سر بسته، مکعب مستطيل بوده و اگر رو باز باشند داراي مقاطع مثلثي، ذوزنقهاي و يا مستطيلي ميباشند.
در شبکه داخلي شهرها جهت جمعآوري فاضلاب عمدتاً از لوله استفاده ميشود. لولهها مقاطع متنوع و زيادي دارند که عبارتند از مقاطع دايرهاي، مقطعهاي تخممرغي، مقاطع فکي يا نعلاسبي و مقاطع مختلف گردگوشه و گوشهدار که شکل و مشخصات هندسي و هيدروليکي آنها در کتابهاي هيدروليک و شبکه فاضلاب موجود است.
جنس فاضلابروها با توجه به نوع و محل کاربرد، نوع فاضلاب و مسائل اقتصادي و امکانات توليد آنها در داخل کشور بايد انتخاب شود. فاضلابروهاي چهارگوش، ذوزنقهاي و مثلثي معمولاً از جنس بتن و بتن مسلح، لولههاي تخم مرغي و فکي ممکن است از بتن يا سفال و حتي مواد پلاستيکي ساخته شوند ولي عمدتاً از جنس بتن مسلح ميباشند. در کشور ما لولههایي از جنس بتن، سفال، پلاستيک پي- وي- سي، پلياتيلن، چدن و فولاد توليد و به بازار عرضه ميگردند.
- اطّلاعات موجود در لوله ها
منهولها یا آدمروها
اگر بر روی آیکون که مربوط به منهول است، کلیک کنید منهول یا آدمرو ایجاد میشود. به منظور بازديد، تميز کردن و خارج کردن مواد دانهاي تهنشين شده و يا هرگونه موادي که سبب گرفتگي فاضلابرو به ويژه در محلهاي تغيير شيب، تغيير جهت جريان و اتصال چند فاضلابرو به يکديگر ميگردد، از آدمرو استفاده ميشود. مقطع آدم رو دايرهاي شکل بوده و به صورتي است که انسان بتواند به راحتي در آن داخل شده و از آن خارج شود. حداقل قطر آدمرو معادل 2/1 متر ميباشد.
در نرمافزار اگر لوله ایجاد کنیم در بالادست و پایین دست آن خود بخود منهولها ایجاد میشوند. اگر بر روی آنها کلیک کنیم پنجرهای مانند شکل 10 باز میشود.
- اطّلاعات منهول ایجاد شده در نرم افزار
خروجی (Outlet)
نقطه خروجی، پستترین نقطه شبکه از لحاظ ارتفاع میباشد که فاضلاب جمع شده به آن نقطه منتقل میگردد. این نقطه میتواند تصفیهخانه فاضلاب باشد، و با استفاده از ایجاد میشود. باید آن را در انتهای شبکه قرار دهید و در صورتی که یک لوله به خروجی متصل نشود برنامه ران نمیشود.
اگر بر روی نقطه خروجی شبکه دو بار کلیک کنید، پنجرهای مطابق شکل 11 باز میشود. در زبانه General و در بخش Geometry آن، موقعیت مکانی نقطۀ خروجی را وارد کنید. در بخش Elevation (Ground) رقوم ارتفاعی نقطه خروجی را وارد کنید. برای وارد کردن رقوم ارتفاعی از رقوم نقشه اتوکد استفاده کنید. در بخش Physical میتوانید تنظیمات کف و سقف مقطع خروجی را وارد کنید. در بخش Results اطّلاعات دبی فاضلاب تولیدی را بعد از اجرای نرمافزار میتوان مشاهده کرد.
- نقطه خروجی اجزای شبکه فاضلاب
محاسبۀ دبی فاضلاب تولیدی
همانطور که میدانید، مصرف آب و توليد فاضلاب با هم ارتباط مستقيم دارند. به منظور برآورد ميزان دبي فاضلاب، بايد مقدار واقعي آب مصرفي مصرفکنندگان تعيين شود. بنابراين اطّلاع از مصارف آب شهري در طراحي شبکههاي فاضلاب امري ضروري است.
ميانگين روزانه مصرف کل در طول يک سال به ازاي هر نفر از جمعيت شهر «متوسط سرانه مصرف آب» ناميده ميشود. مصرف سرانه آب که مبناي برآورد نيازهاي آبي طرح ميباشد، لازم است بر مبناي نيازمنديهاي آب در پايان دوره طرحِ مربوطه، تعيين شده و پس از اعمال ضريب تبديل آب به فاضلاب، توليد سرانه فاضلاب محاسبه شود.
متوسط سرانه مصرف آب شهري برابر است با مجموع «متوسط مصرف سرانه آب خانگي»، «متوسط مصرف سرانه عمومي آب»، «متوسط مصرف سرانه تجاري و صنعتي آب»، «متوسط تلفات سرانه آب» و «متوسط مصرف سرانه فضاي سبز»در هر شهر. در برآورد اين نيازمنديها روش معمول آن است که مجموع مصارف شهري در وضع موجود به ازاي هر نفر تأمين گرديده و با احتساب جمعيت برآورد شده در پايان دوره طرح و نيز احتساب روند افزايش رشدِ مصارف آب در دورههاي موردنظر، مقدار آب موردنياز در پايان هر يک از دورهها برآورد گردد.
در جدول 7 اطّلاعات مربوط به سرانۀ مصرف آب براساس نشریه 3-117 وزارت نیرو آورده شده است. در این جدول به دلیل اینکه آب مصرفی برای فضای سبز و تلفات شبکه آب به فاضلاب تبدیل نمیشوند، میزان آنها از سرانه آب قابل تبدیل به فاضلاب حذف شده است.
ضريب تبديل آب به فاضلاب
با در نظر گرفتن شرايط اقليمي و اجتماعي مناطق مختلف ايران، مقدار 80 تا 90 درصد آب مصرفي خانگي (بدون فضاي سبز خانگي)، عمومي، صنعتي و تجاري تبديل به فاضلاب ميگردد. درصد نامبرده را ضريب تبديل آب به فاضلاب مينامند. به عبارتي ديگر اين عدد نشاندهنده درصدي از آب مصرفي است که تبديل به فاضلاب شده و وارد لولههاي آن ميگردد. (مصارف فضاي سبز خانگي و عمومي و تلفات آب در توليد فاضلاب به طور مستقيم اثر ندارند).
نشتاب
کليه آبهاي اضافي که به هر دليل به داخل فاضلابرو نفوذ مينمايند را نشتاب گويند.
مهمترين منابع نفوذ آبهاي اضافي عبارتند از:
- آب زیرزميني که از اتصالات فاضلابرو و ديواره آدمروها وارد ميشود.
- آب سطحي که ازدريچه آدمروها وارد ميشود.
- آب ناشي از بارندگي که روی بام ومحوطه ساختمانها جاری میشود، میتواند از راه اتصالات غيرمجاز وارد شوند.
مقدار نشتاب بستگي به سطح آب زيرزميني، جنس لوله، نوع اتصالات، مشخصات خاک اطراف لوله، عمق فاضلابرو از سطح آب زيرزميني و کيفيت اجرا دارد وبرحسب فاکتورهاي ذکرشده مقدار نشتاب ميتواند تا حد لوله زهکش (حداکثر محتمل) وصفر (حداقل محتمل) تغيير نمايد.
رواناب يا آب نفوذي
رواناب یا آب نفوذی عبارت است از آب حاصل از بارندگي (باران، برف و تگرگ) که در سطح زمين جريان يافته و به داخل تأسيسات وارد ميشود. ميزان آبهاي نفوذي با توجه به رژيم بارندگي منطقه، وضعيت شبکههاي جمعآوري فاضلاب و آبهاي سطحي داخل منازل، مشکلات اجرايي و هزينۀ لازم براي جداکردن شبکهها از هم، شبکههاي موجود جهت جمعآوري آبهاي سطحي منطقه وکارآيي آنها، ميزان کنترل و توانايي ارگانهاي بهرهبردار در اعمال مقرارت وضعشده براي جلوگيري از اتصالات غير مجاز فاضلابروها به شبکههاي عمومي شهر، تعيين ميگردد.
مقدار آبهاي نفوذي بايستي با بررسيهاي دقيق محلي و آمارگيري برآورد شود و چنانچه مقدار آن به اندازهاي باشد که هزينۀ احداث شبکه و ساير تأسيسات را به مقدار قابل ملاحظهاي افزايش دهد، تصميم مقتضي بايستي با مقايسه فني و اقتصادي و نظر کارفرما اتخاذ گردد.
وارد کردن اطّلاعات دبی در نرم افزار
فاضلاب تولیدی از سه بخش اصلی فاضلاب شهری (خانگی، عمومی، صنعتی و تجاری)، نشتاب و آبهای نفوذی تشکیل شده است. دبی مربوط به فاضلاب شهری و آبهای نفوذی را به منهولها تخصیص میدهیم و دبی مربوط به آبهای نفوذی را به لوله تخصیص میدهیم.
جهت وارد کردن فاضلاب شهری هر منهول مطابق زیر عمل میشود. روی منهولی که اطّلاعات جمعیّتی آن از قبل مشخص است و قصد تخصیص دبی به آن ناحیه را داریم دوبار کلیک کرده تا مشخصات آن باز شود.
اگر از قبل دبی فاضلاب را مشخص کردهایم میتوانیم آنرا به هر منهول از بخش Flows>Flow (Known) در نرم افزار وارد کنیم.
اگر از قبل جمعیّت تحت تأثیر هر منهول مشخص است از Inflow (sanitary Loading)> sanitary load اقدام میکنیم. در روبروی آن بر روی آیکون سه نقطه کلیک کرده و در بخش New وارد Unit Load-Unit Type& Count میشویم و مطابق شکل 12 عمل میکنیم.
- گام های تخصیص دبی براساس اطّلاعات جمعیتی
نرم افزار SewerCAD دارای کتابخانهای کامل از فاضلاب تولیدی تک تک واحدها (مانند آپارتمان، رستوران، مدارس، هتل، بیمارستان، فرودگاه و … ) بسته به انواع و مشخصاتشان است. اگر بخواهیم از کتابخانه خود نرم افزار استفاده کنیم در صفحه باز شده (شکل 13) وارد آیکون شده و وارد Import from Library میشویم و مطابق شکل میتوانیم بسته به هریک از واحدها آنها را انتخاب کنیم. اگر واحد و مبانی محاسباتی جمعیّتی مطابق کتابخانه نرمافزار نمیباشد بر روی آیکون کلیک کرده و براساس اینکه اطّلاعات بر مبنای جمعیّت، مساحت یا دبی باشد مطابق شکل عمل میکنیم. لازم به ذکر است که میتوان به یک منهول هم از مقادیر کتابخانهای و یا مقادیر ایجاد شده توسط کاربر تخصیص داد.
- روشهای مختلف تخصیص دبی
همانطور که ذکر شد، در قسمت قبل فقط سرانه ارائه میشود و برای مشخص کردن میزان جمعیت یا مساحت هر یک از سرانه ها مطابق شکل 14 عمل کرده و در قسمت Loading unit Count میزان جمعیت یا مساحت یا … (بسته به اطّلاعات موجود و نوع انتخاب در قسمت قبل) را وارد میکنیم. لازم به ذکر است که این سرانه مقداری است که از حاصلضرب سرانۀ متوسط فاضلاب تولیدی در ضریب ماکزیمم روزانۀ پایان دوره طرح بدست میآید. ضریب ماکزیمم روزانه، بسته به شرایط آب و هوایی منطقه عددی بین 2/1 تا 8/1 میباشد. طراحی شبکه فاضلاب براساس ماکزیمم ساعتی میباشد که ضریب ماکزیمم ساعتی توسط نرمافزار مطابق آنچه بعداً گفته می شود در این مقادیر ضرب شده تا دبی طراحی بدست آید.
* لازم به ذکر است که میتوان به هریک از منهولها دبیهای متنوعی را برحسب جمعیّت، مساحت و یا … و یا ترکیبی از آنها را تخصیص داد و برای افزودن آنها از آیکون (شکل 14) وارد Unit Load-Unit Type& Count شوید و آنرا اضافه کنید.
- تعیین میزان مساحت و یا جمعیت و … به سرانه های انتخابی
در آیکون (شکل 14) گزینههای دیگری نیز وجود دارند. که از Hydrogragh Flow vs. Time برای اختصاص هیدرگراف جهت محاسبه دبی استفاده میشود که این بخش بیشتر در طراحی شبکههای مختلط که هم فاضلاب و هم رواناب سطحی را جمعآوری میکنند، استفاده میشود. همچنین بخش Pattern Load- Base Flow & Pattern نیز برای فاضلابهایی مانند صنایع که دارای الگوی مشخصی از تولید در ساعات مختلف شبانهروز هستند، استفاده میشود.
بطور مشابه برای تک تک منهولها براساس جمعیّت یا مساحت محاسباتی میزان دبی را مطابق فوق تخصیص میدهیم.
پیشنهاد شده است که جهت تخصیص نشتاب به شبکه، میتوان یا آنرا بصورت جدا (در لولهها مطابق شکل 9، Infiltration) تخصیص داد یا میزان نشتاب را برابر 20 تا 100 درصد میزان متوسط فاضلاب تولیدی از طریق فوق، به سرانه اضافه کرد. همچنین میزان آبهای نفوذی را میتوان یا از طریق منهولها و بخش Inflow (Wet) مطابق شکل 9 تخصیص داد و یا 10 تا 20 درصد میزان ماکزیمم فاضلاب تولیدی به سرانه هر منهول اضافه کرد.
تخصیص ضریب ماکزیمم دبی به هر منهول
ازآنجا که طراحی شبکه فاضلاب براساس ماکزیمم دبی ساعتی پایان دوره طرح میباشد و دربخش قبل مقادیر دبی را براساس میزان دبی ماکزیمم روزانه به هر منهول اعمال کردیم لازم است ضریب ماکزیمم ساعتی فاضلاب در دبی ماکزیمم روزانه (مربوط به روزی که در انتهای طرح بیشینه تولید فاضلاب را دارد) ضرب شود تا دبی ماکزیمم ساعتی بدست آید. از آنجا که ضریب ماکزیمم ساعتی وابسته به جمعیّت است و از رابطه بابیت تبعیت میکند (kmax=(5/p0.167)). لذا لازم است برای هریک از منهولها، بسته به جمعیت تجمعیشان، این مقادیر تخصیص یابند. برای اینکار Components> Extreme Flows استفاده میشود. روابط مختلفی برای محاسبه این ضریب وجود دارد که میتوان از برای فراخوانی آن استفاده کرد. در اینجا وارد Import from Library شده و در روابط موجود مطابق شکل 15 رابطه بابیت را انتخاب می کنیم.
- انتخاب رابطه ضریب ماکزیمم ساعتی
سپس برای انتخاب آن برای منهولها اینبار وارد Components> Extereme Flow Setup شده و برای اجزای جمعیّتی و مساحتی مشخص شده از قبل، آن ضریب را اعمال میکنیم.
- تخصیص ضریب ماکزیمم ساعتی به هر منهول
وارد کردن رقوم ارتفاعی منهولها
قبل از طراحی لازم است رقوم ارتفاعی سطح زمین برای هریک از منهولها مشخص گردد. جهت وارد کردن رقوم ارتفاعی هریک از منهولها یکی از روشها این است که براساس نقشه پسزمینه رقوم ارتفاعی منهولها وارد شود و یا روش دیگر این است که از زبانه Tools وارد TRex شویم.
در این بخش بسته به نوع فایلهای رقوم ارتفاعی موجود میتوان اطّلاعات را به منهولها تخصیص داد که انواع آن در شکل 17 نشان داده شده است. برای مثال از Shapefileای که رقوم ارتفاعی را داریم لازم است در بخش File ابتدا آنرا انتخاب کنیم سپس در بخش Selection Elevation Field ستون اطّلاعاتی که معرّف رقوم ارتفاعی است را انتخاب کرده و سپس واحدهای X،Y و Z را بر حسب متر کنیم. حال گزینه Next را انتخاب کرده و سپس Finished را کلیک میکنیم تا به هر یک از منهولها میزان رقوم ارتفاعی تخصیص یابد (لازم است فایل پسزمینه و فایل رقوم ارتفاعی از لحاظ مختصات و مقیاس یکسان باشند).
وارد کردن اطّلاعات مرتبط با لوله ها
جهت طراحی شبکه فاضلاب لازم است ابتدا مجموعهای از لولههای موجود در بازار را برای نرمافزار انتخاب کرده و به مجموعه لولهها اضافه کنیم. برای دسترسی به این لولهها در نرمافزار از بخش Components> Condiut Catalog استفاده میشود. نرمافزار SewerCAD دارای کتابخانهای از لولهها براساس جنس، مقطع و ویژگیهای هیدرولیکی است. برای استفاده از کتابخانه خود نرمافزار میتوان در صفحه باز شده از بخش استفاده کرد و سپس وارد Import from Library شد و برای مثال لولههای با مقطع دایره و از جنس بتنی را مطابق شکل 18 انتخاب کنیم. اگر بخواهیم لولههای جدیدی را به نرمافزار اضافه کنیم باید از استفاده کنیم که در این صورت لازم است ویژگیهای مختلف لوله را وارد کنیم.
پس از معرفی این کتابخانه به مجموعه طراحی لازم است به عنوان پیشفرض برای طراحی به لولهها مقدار اوّلیهای از قطر، جنس و سایر ویژگیهای آن تخصیص دهیم. برای اینکار یکی از راه حلها این است که وارد تک تک لولهها شده و مشخّصات مختلف را به آن وارد کنیم که کمی زمانبر است. راه حل دیگر این است که از طریق View >Flex Table> Condiut Table ویژگیها و فرضهای همه لولهها را وارد کنیم. از آنجایی که لازم است ویژگیهایی از قبیل Material، Size، Catalog Class، Condiut Type، Condiut Design? برای لولههایی که بعضاً در جداول اطّلاعاتی نرمافزار وجود نداشتهاند، معرفی شوند، لازم است با استفاده از آیکون آنها را مطابق شکل 19 به نرم افزار اضافه کنیم. سپس مطابق شکل برای هریک مقادیر اوّلیه پیشفرض را مطابق شکل 19 پر میکنیم. لازم است اجزای Condiut Type را به Catalog Condiut، Material به Concrete، Catalog Class به Circular Concrete، Size بصورت فرض اوّلیه 200 تغییر داده شوند.