کتاب دانستنی های شبکه و تصفیه خانه فاضلاب

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 P_n=P_o + K (t_n – t_o) استفاده مي‌گردد.

که در آن P_n  جمعيت در n سال آينده و P_o  جمعيت در سال مبدأ و K ضريب رشد مي‌باشد. t_o سال ابتدای دوره طرح و  t_nسال 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 P_n=P_o (1+r) ⁽t_n – t_o⁾ 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 Lnp_n=Lnp_o + K(t_n-t_o) 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 (k_max=(5/p^0.167)). 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.