Bài toán đặt ra

Trên một hệ thống thoát nước gồm nhiều lưu vực nhỏ đổ vào tuyến cống chính, dẫn ra trạm xử lý trước khi xả vào môi trường. Các lưu vực được đánh số từ 1, 2 đến n (ví dụ tính toán trình bày 5 lưu vực) như trên hình 1. Tại các lưu vực nhỏ này, nước thải được thu gom (bao gồm nước thải sinh hoạt và nước mưa), sau đó tập trung vào các ngăn (hố) thu chính của lưu vực, được đánh số tương ứng 1, 2, 3 đến 5 trên tuyến cống chính dẫn ra trạm xử lý nước thải. Thực trạng đa số các hệ thống thu gom là sự dụng hệ thống thoát nước chung, nước thải sinh hoạt được vận chuyển trộn lẫn với nước mưa (nếu có mưa). Do đó tại các tuyến cống gần với kênh mương (các điểm xả phân tán) đều đặt các giếng tách nước mưa để xả nước mưa ra môi trường, giảm tải cho trạm xử lý. Cơ sở để xả nước trực tiếp là khi có mưa, nước mưa với hàm lượng chất ô nhiễm rất thấp sẽ hòa vào trong mạng lưới có nước thải sinh hoạt, làm giảm nồng độ chất bẩn trong nước thải chung, do đó có khả năng đảm bảo điều kiện xả vào môi trường. Để kiểm tra mức độ chất bẩn trong nước thải hỗn hợp có đủ điều kiện để xả trực tiếp vào môi trường hay không, ta cần tính toán và xác định hệ số pha loãng n, là tỉ lệ giữa nước thải và nước mưa cho từng lưu vực. Từ đó có thể tính toán chính xác lượng nước thải ra, lượng nước vận chuyển đển các tuyến ống kế tiếp, và có thể xác định được các thông số cho tuyến cống như kích thước, cốt cao độ, chất liệu ống v.v..

Các bước tính toán

Bước 1: Xác định lưu lượng của từng lưu vực, gồm nước thải sinh hoạt, nước mưa và nước thải vận chuyển đến từ tuyến cống kế trước.

Bước 2: Xác định nồng độ chất bẩn trong nước thải hỗn hợp.

Bước 3: Từ giá trị nồng độ chất bẩn cho phép xả vào môi trường, xác định hệ số pha loãng n của từng lưu vực.

Giải quyết bài toán

Ta có công thức chung tính toán nước thải chảy về hố (ngăn) thu tập trung của từng lưu vực là:

(1)

Trong đó

Qin = lượng nước chảy vào hố thu tập trung

Qkhô = lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp trong lưu vực

Qvận chuyển = Lượng nước từ tuyến cống nối trước vận chuyển đến (tự chảy hoặc có áp)

Lưu lượng nước chảy ra khỏi hố (ngăn) thu tập trung là

(2)

Tại ngăn (hố) thu số 1, chỉ có nước thải được thu gom từ lưu vực số 1 đổ vào, do đó tổng lưu lượng đi vào ngăn (hố) thu số 1 là

(3)

Trong đó:

là lưu lượng nước thải mùa khô, bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải tại các điểm xả như nhà máy, trường học, bệnh viện…

Q được tính theo công thức Manning (4),

(4)

Trong đó:

C: Hệ số dòng chảy phụ thuộc vào loại lưu vực

I: Cường độ mưa ứng với thời gian mưa tính toán

A: Diện tích lưu vực.

Nước thải sau hố thu sẽ tiếp tục vận chuyển trên tuyến ống 1-2 sang hố (ngăn) thu 2, trong trường hơp có mưa thì một phần được tách ra và xả vào môi trường với tỷ số pha loãng n.

Để tính toán được lượng nước xả trực tiếp (tách nước mưa) ra môi trường, ta dựa trên các điều kiện:

• Tiêu chuẩn xả cho phép vào môi trường C cho phép theo bảng TCVN7957:2008 (theo QCVN 24:2009/BTNMT)
• Hệ số pha loãng (n) phụ thuộc lưu vực, tỉ số giữa lưu lượng nước mưa và nước thải

Việc xác định hệ số pha loãng ta tiến hành theo các bước như sau:

Nồng độ chất bẩn trong nước thải đổ vào ngăn thu số 1 được tính theo công thức:

 (5)

Khi có mưa, nước mưa cuốn theo các chất bẩn (không đáng kể) hòa trộn với nước thải sinh hoạt trong khu vực, giảm đáng kể nồng độ chất bẩn trong nước thải chung, do đó, đến một mức nào đó thì nồng độ chất bẩn này giảm xuống dưới mức cho phép, khi đó có thể xả trực tiếp một phần nước thải ra môi trường. Vậy điều kiện sẽ là  (6).

Với lưu vực 1, hệ số pha loãng là n1, khi đó lượng nước mưa có thể được biểu thị qua công thức lượng nước thải

Thay công thức (5) và điều kiện (6) ta có  (7)

Trong công thức trên, các giá trị Q khô, C khô, C cho phép đều đã biết, từ đó ta tính toán được hệ số pha loãng n1. Từ hệ số pha loãng này ta tiếp tục tính được lượng nước vận chuyển từ cống 1-2 sang ngăn thu số 2. Hay nói cách khác, Q vận chuyển từ hố (ngăn) thu số 1 sang số 2 là

 (8)

Tại ngăn (hố) thu số 2, nước thải đổ vào bao gồm nước thải sinh hoạt (Qkhô) của lưu vực 2, nước mưa trong lưu vực 2, và phần nước thải vận chuyển sau hố (ngăn) thu thứ nhất.

(9)

: là Q vận chuyển từ tuyến cống 1-2 đến, bao gồm Q khô và Q mưa của lưu vực 1 được tính bằng

Đối với ngăn (hố) thu số hai, hệ số pha loãng n2 và lượng nước xả ra môi trường (tách nước mưa) được tính như sau:

• Nồng độ chất thải trong nước vận chuyển đến từ tuyến cống 1-2 nếu có mưa và có xả thì tính bằng nồng độ cho phép. Nếu không có mưa hoặc mưa ít không xả tách nước thì tính theo công thức (a).

(10)

(11)

Trong đó

(12)

Trong công thức này các đại lượng đều đã biết trừ hệ số pha loãng n2 của lưu vực 2, dễ dàng tính được hệ số pha loãng n2 cho lưu vực thứ 2. Tương tự như vậy ta tính toán tiếp theo các lưu vực kế tiếp.