طراحی سیستم فاضلاب شهری و انواع آن

مقدمه

اگر در طراحی سیستم فاضلاب شهری و یا صنعتی ایرادی فنی وجود داشته باشد، دفع فاضلاب دچار مشکلات زیادی می شود. در این مقاله ما علاوه بر روش های متفاوت طراحی سیستم فاضلاب شهری به نکات مهمی همچون انواع سیستم های کار شده و اجزای آن می پردازیم.

طراحی سیستم فاضلاب شهری

یک سیستم فاضلاب یا سیستم جمع‌آوری فاضلاب، شبکه‌ای از لوله‌ها، ایستگاه‌های پمپاژ و لوازم جانبی است که فاضلاب را از مبدأ به محل تصفیه و دفع می‌رساند. برای این که طراحی سیستم فاضلاب شهری بهتر شکل بگیرد، در ابتدا باید انواع سیستم های فاضلاب را بشناسید تا بتوانید بر مبنای آن طراحی شکل بگیرد.

انواع سیستم های فاضلاب عبارتند از :

• سیستم های ترکیبی
• سیستم های جداگانه
• سیستم های جایگزین

(در مقاله ای دیگر به صورت کامل به شرح هر کدام از انواع سیستم های فاضلاب پرداخته ایم. با مطالعه آن می توانید به دانش خود در مورد هر کدام بیفزایید.)

انواع طراحی سیستم های فاضلاب شهری: سیستم های ترکیبی

سیستم هایی که مخلوطی از فاضلاب خانگی و فاضلاب طوفانی را حمل می کنند، نامیده می شوند. در طراحی سیستم های فاضلاب ترکیبی معمولاً از لوله‌ها یا تونل‌هایی با قطر زیاد استفاده می‌شوند، زیرا حجم زیادی از آب طوفان که باید در طول دوره‌های بارانی حمل شود می تواند روند انتقال فاضلاب را دچار مشکل کند. این مدل طراحی های فاضلاب در شهرهای قدیمی بسیار رایج هستند اما دیگر به عنوان بخشی از تاسیسات جدید فاضلاب، طراحی و ساخته نمی شوند. اگر طراحی سیستم فاضلاب شهری در این شکل با نقصی همراه باشد، لوله های فاضلاب نمی توانند حجم زیادی از آب طوفان را تحمل کنند، سرریز فاضلاب ترکیبی، حاوی فاضلاب خانگی تصفیه نشده، باعث ایجاد مشکلات مکرر آلودگی آب شود. همین آلودگی ها در افزایش بیماری های مربوط به آب بسیار موثر است.

مهندسین طراحی سیستم فاضلاب شهری در برخی از شهرهای بزرگ، مشکل سرریز فاضلاب ترکیبی با هدایت اولین تخلیه فاضلاب ترکیبی به یک حوضه بزرگ یا تونل زیرزمینی کاهش داده اند. بدین ترتیب پس از ذخیره‌سازی موقت، می‌توان به کمک ته‌نشینی مواد سنگین موجود در فاضلاب و ضدعفونی کردن آن آب قبل از تخلیه سرعت تصفیه در تصفیه خانه را بالا برد.

شکل دیگری از کنترل این مدل فاضلاب این است که آن را در تصفیه‌ خانه فاضلاب مجاور با سرعتی تصفیه کرد که بار بیش از حد به تأسیسات وارد نشود.

روش دیگر برای کنترل فاضلاب ترکیبی شامل استفاده از متمرکز کننده های چرخشی است. این سیستم به گونه ای طراحی شده است که فاضلاب‌ها را از طریق دستگاه‌های استوانه‌ای شکل که یک اثر گردابی ایجاد می‌کنند، به بیرون هدایت می‌کنند. گرداب بر روی کاهش ناخالصی ها در حجم بسیار کم متمرکز است که به سرعت تصفیه آب کمک می کند.

طراحی سیستم فاضلاب شهری

انواع طراحی سیستم های فاضلاب شهری: سیستم های جداگانه

تاسیسات جدید جمع آوری فاضلاب به عنوان سیستم های مجزا طراحی شده اند که فاضلاب خانگی یا فاضلاب طوفانی را حمل می کنند؛ اما هر دو را به صورت همزمان ندارند. در علم طراحی سیستم های فاضلاب شهری، فاضلاب های طوفانی معمولاً رواناب های سطحی را به نقطه دفع در یک نهر یا رودخانه منتقل می کنند. حوضچه‌های بازداشت کوچک ممکن است به عنوان بخشی از سیستم ساخته شوند که آب طوفان را به طور موقت ذخیره می‌کنند و میزان اوج جریان را کاهش می‌دهند. از سوی دیگر، فاضلاب های بهداشتی، فاضلاب خانگی را به تصفیه خانه فاضلاب منتقل می کنند. فاضلاب صنعتی از پیش تصفیه شده ممکن است اجازه ورود به سیستم های فاضلاب بهداشتی شهری را پیدا کنند، اما آب طوفان از این امر مستثنی است.

فاضلاب طوفان معمولاً با بخش هایی از لوله بتن مسلح ساخته می شود. در طراحی سیستم فاضلاب شهری برای فاضلاب طوفان ممکن است در برخی از موارد از لوله های فلزی راه راه کمک بگیرند. ورودی‌های آب طوفان در فواصل مناسب در یک خیابان یا در سراسر املاک خصوصی قرار می گیرند تا در فصل بارش از آنها برای دفع آب های بارشی کمک گرفته شود. خطوط لوله معمولاً به گونه‌ای طراحی می شوند که به کمک جریان گرانشی در سراشیبی اجازه می‌دهند تا به یک جریان آرام و مناسب به حوضه حبس برسد. تا جایی که امکان دارد از ایستگاه های پمپاژ آب طوفان به دلیل ظرفیت های کم پمپ اجتناب می شود .

اما در لوله های فاضلاب که فاضلاب سرویس های بهداشتی را حمل می کند و از لوله های طوفان کاملا جداگانه هستند، با مجموعه ای از اتصالات کوچک و بزرگ (که باید به شیوه درستی طراحی و نصب شوند) به شبکه اصلی فاضلاب متصل می شود.قطر انشعابات خانگی غالبا بیشتر از 200 میلی متر است. اما نکته جالب در طراحی فاضلاب شهری برای آب سرویس ها این است که با همه انتقال با نیروی گرانش شکل می گیرد تا به اینکه به پمپ ها صنعتی خیلی بزرگ برسیم.

فاضلاب به یک رهگیر اصلی یا خط لوله متصل می شود که فاضلاب را به یک تصفیه خانه می برد. رهگیرها معمولاً با بخش های پیش ساخته از لوله های بتن مسلح، تا قطر 5 متر ساخته می شوند. سایر مواد مورد استفاده برای فاضلاب های بهداشتی شامل خاک رس شیشه ای، آزبست سیمان، پلاستیک، فولاد یا چدن شکل پذیر است. استفاده از پلاستیک برای لترال ها به دلیل سبکی و سهولت نصب در حال افزایش است. از لوله های آهنی و فولادی نیز برای خطوط اصلی نیرو یا در ایستگاه های پمپاژ استفاده می شود.

انواع طراحی سیستم های فاضلاب شهری: سیستم های جایگزین

گاهی اوقات هزینه فاضلاب های گرانشی معمولی به دلیل تراکم جمعیت کم یا شرایط سایت مانند سطح بالای سطح آب یا سنگ بستر می تواند بسیار بالا باشد. اما باید راهکاری باشد. در طراحی سیستم های فاضلاب شهری از سه سیستم جایگزین جمع آوری فاضلاب که ممکن است در این شرایط مورد استفاده قرار گیرند استفاده می شود.

این روش ها عبارتند از:

• فاضلاب گرانشی با قطر کوچک
• فاضلاب تحت فشار
• فاضلاب خلاء

طراحی سیستم های فاضلاب جایگزین: فاضلاب گرانشی با قطر کوچک

در سیستم‌های گرانشی با قطر کوچک، مخازن سپتیک ابتدا برای حذف مواد جامد قابل ته‌نشینی و شناور از فاضلاب هر خانه، قبل از جریان یافتن آن به شبکه‌ای از شبکه‌های کلکتور (معمولاً 100 میلی‌متر یا 4 اینچ، قطر) استفاده می‌شوند. این سیستم ها برای جوامع کوچک روستایی مناسب هستند. از آنجایی که آنها چربی، سنگ ریزه و مواد جامد فاضلاب را حمل نمی کنند، لوله ها می توانند قطر کمتری داشته باشند و در شیب های کاهش یافته قرار گیرند تا هزینه های حفاری ترانشه به حداقل برسد.

سیستم سپتیک فاضلاب

طراحی سیستم های فاضلاب جایگزین: فاضلاب تحت فشار

فاضلاب های تحت فشار به گونه ای طراحی می شوند که بهتر است در مناطق مسطح یا جاهایی که حفاری سنگ های گران قیمت انجام می شود، مورد استفاده قرار بگیرد. پمپ ها فاضلاب را از هر خانه به فاضلاب فشار اصلی تخلیه می کند که از آنجا به بعد به کمک شیب زمین تخلیه انجام می شود.

طراحی سیستم های فاضلاب جایگزین: فاضلاب خلاء

در یک سیستم فاضلاب خلاء، فاضلاب یک یا چند ساختمان با نیروی ثقل به یک مخزن یا مخازن جریان می یابد که توسط پمپ های خلاء واقع در یک ایستگاه خلاء مرکزی از آن خارج می شود و سپس به مخزن جمع آوری جریان می یابد. از مخزن جمع آوری خلاء، فاضلاب به یک تصفیه خانه پمپ می شود.

اجزای اصلی در طراحی سیستم های فاضلاب شهری

هر سیستمی شامل اجزای تشکیل دهنده ای است. در این بخش ما برای درک بالاتر نحوه عملکرد و طراحی سیستم فاضلاب شهری به معرفی و توضیح اجزای مختلف دفع فاضلاب می پردازیم.

پمپ ها

ایستگاه های پمپاژ زمانی ساخته می شوند که فاضلاب باید از یک نقطه پایین به نقطه ای با ارتفاع بالاتر برود یا جایی که توپوگرافی مانع از جریان گرانشی در سراشیبی می شود. پمپ های خاصی وجود دارد که فاضلاب را بدون گرفتگی مخصوصی، برای انتقال فاضلاب خام مورد استفاده قرار می گیرد. پمپ ها در سازه هایی به نام ایستگاه های بالابر نصب می شوند. دو نوع اصلی از ایستگاه های بالابر وجود دارد:

• چاه خشک
• چاه مرطوب

در طراحی سیستم فاضلاب شهری تاسیسات چاه مرطوب تنها دارای یک محفظه یا مخزن برای دریافت و نگهداری فاضلاب تا لحظه پمپاژ آن می باشد. پمپ ها و موتورهای شناور با طراحی ویژه می توانند در پایین محفظه، کاملاً زیر سطح آب قرار گیرند.

لوله های فاضلاب شهری

تاسیسات چاه خشک دارای دو محفظه مجزا هستند، یکی برای دریافت فاضلاب و دیگری برای محصور کردن و محافظت از پمپ ها و کنترل ها. محفظه خشک، دسترسی آسان برای بازرسی و نگهداری را فراهم می کند. تمام ایستگاه های بالابر فاضلاب، چه از نوع چاه مرطوب یا خشک، باید حداقل دارای دو پمپ باشند. یک پمپ می تواند کار کند در حالی که پمپ دیگر برای تعمیر برداشته می شود. در واقع یک پمپ همیشه به صورت پشتیبان وجود دارد.

لوله ها

لوله ها وظیفه اصلی انتقال فاضلاب را از جایی به جای دیگر دارند. این لوله ها در جنس ها و ابعاد متفاوتی ساخته می شود. بر مبنای نیاز می توان از شکل های متفاوت آن استفاده کرد. لوله های انتقال فاضلاب در دو ابعاد کوچک و بزرگ ساخته می شوند. ابعاد کوچک در مبدا و ابعاد بزرگ در مسیر انتقال اصلی مورد بهره برداری قرار می گیرند.

مخازن

مخازن نقش کلیدی در ته نشین شدن مواد سنگین فاضلاب ایفا می کنند. اما یک نقش مهم دیگر برای کنترل جریان متناوب فاضلاب است. در طراحی سیستم فاضلاب شهری لوله ها با توجه نرخ جریان (در ادامه مفصل در مورد آن صحبت می کنیم) فاضلاب ابعاد مشخصی دارند. حال آنکه جریان های متفاوت می تواند سیستم انتقال را دچار مشکل کند. به همین دلیل طراحان سیستم های فاضلابی با کنترل جریان فاضلاب به کمک مخازن نگهداری توانسته اند تا حد زیادی به این مشکلات پایان دهند.

منهول چیست؟ عمران پی بنیس

منهول

آیا به این فکر کرده اید که این دایره های بزرگ در میان جاده های شهری با درپوش های بزرگ به چه کار می آیند.  این بخشی از فاضلاب است که به آن منهول گفته می شود. (در یک مقاله به صورت کامل انواع منهول ها را معرفی کرده ایم) منهول ها ورودی هایی به فاضلاب است که به متخصصین تعمیرات و نگهداری اجازه می دهد که در صورت بروز مشکلی در خطوط انتقال فاصلاب، بدون کنده کاری مشکل را برطرف کنند. این بخش نیز به بالاتر بردن عمر خطوط فاضلاب کمک ویژه ای می کند و به عنوان یک امر مهم در طراحی سیستم فاضلاب شهری است.

تصفیه خانه

آزاد سازی آب های فاضلاب به رواناب ها و سفره های زیر زمینی می تواند اکوسیستم را با مشکلات جدی مواجه کند. پس در طراحی سیستم فاضلاب شهری به این نتیجه رسیدند که باید قبل از ورود فاضلاب به طبیعت، آن را تصفیه کرد. به همین دلیل است که نمی توان نقش حیاتی تصفیه خانه ها را نادیده گرفت. این سیستم ها با کاهش میزان آلودگی آب های فاضلاب به بازگشت چرخه آب به طبیعت کمک فراوانی می کنند.

نرخ جریان فاضلاب

نرخ جریان فاضلاب یک پارامتر فوق العاده مهم در طراحی سیستم فاضلاب شهری است. تغییرات زیادی در میزان جریان فاضلاب در طول یک روز وجود دارد. یک طراح سیستم فاضلاب باید بتواند این تفاوت های جریان را مدیریت کند. در اکثر شهرها میزان جریان فاضلاب خانگی در ساعات صبح و عصر بالاترین میزان است. آنها در نیمه شب کمترین میزان را دارند.

نرخ جریان به تراکم جمعیت، مصرف آب و میزان فعالیت تجاری یا صنعتی در جامعه بستگی دارد. میانگین دبی فاضلاب معمولاً با میانگین مصرف آب در جامعه برابر است. در یک فاضلاب جانبی، دبی اوج کوتاه مدت می تواند تقریباً چهار برابر دبی متوسط ​​باشد. در فاضلاب اصلی، اوج دبی ممکن است دو و نیم برابر میانگین باشد.

اگرچه جریان فاضلاب به اتصالات مسکونی، تجاری و صنعتی بستگی دارد، نرخ جریان فاضلاب به طور بالقوه می تواند در نتیجه جریان ورودی و نفوذ (I&I) به سیستم فاضلاب بهداشتی افزایش یابد. جریان ورودی مربوط به آب طوفانی است که از اتصالات نامناسب وارد فاضلاب می شود، مانند زهکشی پشت بام، زهکش طوفان، سرریزها و پمپ های مخزن. مقادیر بالای روان آب باران می تواند در هنگام بارش و حوادث طوفان یا طغیان فصلی بهار رودخانه هایی که با ذوب یخ غرق شده اند به سیستم فاضلاب برسد. منظور از نفوذ، آب های زیرزمینی به فاضلاب از طریق لوله های معیوب یا شکسته است.

در هر دو این موارد، تاسیسات پایین دستی و تصفیه خانه‌ها ممکن است جریان‌هایی بالاتر از حد پیش‌بینی شده را تجربه کنند و از نظر هیدرولیکی بیش از حد بارگذاری شوند. در طول چنین بارهای اضافه، شرکت‌های برق ممکن است از ساکنان متصل به سیستم بخواهند از استفاده از ماشین ظرفشویی و ماشین لباسشویی خودداری کنند و حتی ممکن است برای کاهش فشار، سیفون توالت و استفاده از دوش را محدود کنند. چنین مسائل I&I می تواند به ویژه در زیرساخت های قدیمی و کهنه مشکلات شدیدی را به دنبال داشته باشد.

کلام آخر عمران پی بنیس

علی رغم این که طراحی سیستم فاضلاب شهری امری بسیار حیاتی به نظر می رسد، اما هنوز هم با اشتباهات طراحی سیستم فاضلاب شهری دچار مشکلاتی می شود؛ خصوصا زمانی که فصل بارش شروع می شود. در این مقاله با به مشکلات طراحی فاضلاب شهری و راهکار های آن اشاره کردیم. اجزای اصلی فاضلاب که یک طراح باید اندازه و میزان مناسب هر کدام را مشخص کند را معرفی کردیم.

به صورت کلی اگر به طراح مجرب در حوزه فاضلاب شهری نیاز داشتید، متخصصین عمران پی بنیس، شرکت ثبت شده در امور مربوط به فاضلاب شهری در سطح تهران می تواند پاسخگوی نیاز شما باشد. برای این کار کافی است در بخش تماس با ما، با متخصصین مجرب عمران پی بنیس تماس حاصل فرمایید.