شبکه‌های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب

شبکه توزیع آب یا انتقال پسآب  به مجموعه ای از مخزن ها، حوضچه ها و لوله کشی های به هم پیوسته گفته می شود که برای انتقال و توزیع آب و جمع آوری فاضلاب در یک مجموعه مورد استفاده قرار می گیرد

انواع شبکه توزیع آب به دو دسته کلی زیر قابل تقسیم می‌باشد:

الف- نحوه لوله گذاری

ب- سیستم تأمین فشار

الف) تقسیم‌بندی شبکه توزیع آب از نظر نحوه لوله گذاری:

در این تقسیم‌بندی شبکه توزیع آب به سه دسته شاخه‌ای، حلقوی و مختلط تفکیک می‌شود.

شبکه شاخه‌ای:

در این سیستم  همواره لوله‌هایی با اقطار کوچکتر از لوله‌های با اقطار بزرگتر منشعب می‌شود. جهت جریان غالباً از لوله اصلی به لوله‌های فرعی است. در این سیستم چنانچه لوله اصلی دچار شکستگی شود موجب قطع آب در قسمت‌های پایین دستی خواهد بود که این موضوع از معایب این سیستم شمرده می‌شود.
از دیگر معایب این سیستم راکد ماندن آب در زمان کاهش مصرف می‌باشد، که موجب رسوب گذاری در لوله و تغییر رنگ و مزه آب می‌شود. تغییرات فشار در این شبکه‌ها عمدتاً به صورت خطی با توجه به میزان افت‌های اصلی و جزئی است.

شبکه حلقوی:

در این سیستم شبکه از یک حلقه اصلی به صورت کمربندی و حلقه‌های درونی تشکیل شده و آب توسط حلقه اصلی به حلقه‌های درونی وارد وبه مصرف کننده می‌رسد. در این نوع از شبکه بسته به نوسانات مصرف جهت جریان تغییر می‌یابد. هزینه اجرای شبکه‌های حلقوی به دلیل طولانی شدن لوله گذاری افزایش می‌یابد.
همچنین به دلیل نامشخص بودن جهت جریان آب در لوله محاسبات آن پیچیده می‌باشد، البته ناگفته نماند که این نوع شبکه از مطلوب‌ترین نوع شبکه توزیع آب به حساب می‌آید.
در رابطه با این شبکه‌ها خاطر نشان می‌سازد به دلیل تغذیه جریان از نقاط مختلف، توزیع فشاری در حالت توازن نسبی قرار داشته و با توجه به اینکه توزیع و مصارف از یک حالت متعادلی بر خوردار است لذا تغییرات شدید فشاری قابل ملاحظه نمی‌باشد.

شبکه مختلط:

این سیستم همان طوری که از نامش پیداست تلفیقی از دو سیستم شبکه توزیع آب شاخه‌ای وحلقوی است. با توجه به این موضوع که ایجاد شبکه‌های حلقوی علیرغم تمامی‌مزایای مرتبط با آن هزینه زیادی را در اجرا طلب می‌نماید، در اکثر شهرها بسته به وضعیت خیابانها ومعابر شهری شبکه‌های مختلط طراحی واجرا گردیده است.

ب) تقسیم بندی شبکه توزیع آب از نظر سیستم تأمین فشار:

جهت ایجاد جریان در یک شبکه توزیع آب و تأمین فشار لازم همواره سعی بر این است که از نیروی ثقل استفاده شود. شبکه‌های ثقلی با توجه به سادگی طرح آنها، در زمان بهره‌برداری از اطمینان بیشتری برخوردارند. در صورتی که به دلایل گوناگون ایجاد شبکه ثقلی امکان پذیر نباشد، فشار لازم در شبکه توزیع آب توسط ایستگاه پمپاژ تأمین می‌گردد. در هر حال شبکه‌ توزیع از نظر تأمین فشار به انواع مختلف به شرح ذیل تقسیم‌بندی می‌شوند.

شبکه ثقلی نوع اول :

چنانچه منطقه مورد مطالعه از وسعت کمی‌برخوردار باشد و اختلاف ارتفاع به حد کافی وجودداشته باشد، فشار تمامی‌منطقه بوسیله یک یا چند مخزن با رقوم ارتفاعی یکسان تأمین می‌گردد.

شبکه ثقلی نوع دوم:

در صورتی که وسعت و تغییرات ارتفاعی منطقه ناچیز نباشد، استفاده از یک یا چند مخزن با رقوم ارتفاعی یکسان امکان‌پذیر نبوده و در این حالت باید با نصب تأسیسات کاهش فشار از نوع مخزنی یا مکانیکی (شیر فشارشکن ) محدوده را به مناطق مختلف فشاری تقسیم‌بندی نمود.

شبکه ثقلی مرکب:

در مناطقی که از چند طرف به ارتفاعات طبیعی محدود می‌گردند، می‌توان مخازن دیگری در ارتفاعات پایین‌تر از مخزن اصلی احداث نمود. با این روش در ساعات پیک مصرف همه مخازن به شبکه توزیع آب متصل بوده و در مدار بهره‌برداری قرار خواهند داشت، در ساعات کم مصرف برخی از مخازن در مدار قرار خواهند گرفت و به منظور جلوگیری از سرریز آب مخزن پایین دست نیاز به تهیه و نصب تأسیسات کنترل جریان (شیرهای کنترل جریان در ورودی مخازن) است.
از محاسن این سیستم کاهش قطر لوله‌های اصلی شبکه توزیع آب نسبت به حالت ثقلی ساده است، که باعث کاهش هزینه‌های اجرایی می‌گردد.

پمپاژ- ثقلی:

در صورتی که محل تأمین آب در پایین دست شهر باشد و شبکه توزیع در رقوم بالاتری از محل‌های تأمین قرار داشته باشد ناگزیر باید آب را به شبکه توزیع پمپاژ نمود. که در ساعات کم مصرف آب پمپاژ شده وارد مخازن ذخیره می‌شود ودر ساعات پیک مصرف ایستگاه پمپاژ و مخزن هم‌زمان شبکه توزیع را مشروب می‌سازند.

پمپاژ مستقیم :

چنانچه اختلاف ارتفاعی کافی در محدوده منطقه وجود نداشته باشد، توزیع و تأمین آب با پمپاژ مستقیم آب به شبکه توزیع صورت می‌گیرد. استفاده از این سیستم به دلیل نوسانات فشار در ساعات مختلف مصرف با اشکالات زیادی همراه خواهد بود و معمولاً در شرایط خاص و مناطق کوچک به کار برده می‌شود.

در این حالت ظرفیت و ارتفاع پمپاژ، به گونه‌ای تعیین می‌گردد که علاوه بر تأمین آب مورد نیاز در حالت حداکثر مصرف، جبران نوسانات ساعتی فشار مورد نیاز در شبکه نیز تأمین شود. کنترل پمپ‌ها در این حالت توسط سوئیچ‌های فشاری  و متناسب با مصرف در شبکه خواهد بود.

بدین نحو که در شرایط پیک مصرف کلیه پمپ‌ها روشن و متناسب با نیاز شبکه، آب مورد نیاز و فشار لازم را ایجاد می‌نماید. به تدریج با کاهش مصرف در شبکه بالطبع فشار افزایش یافته و دبی پمپ‌ها تقلیل می‌یابد. ولی قبل از اینکه پمپ‌ها در شرایط نامطلوب از لحاظ راندمان کاری قرار گیرند، توسط سوئیچ‌های فشاری و تابلو فرمان، پمپ‌ها به ترتیب یکی پس از دیگری خاموش می‌شوند.
به نحوی که سایر پمپ‌های روشن در شرایط کاملاً مناسب و مطلوب کاری قرار گیرند.
وبالعکس، با افزایش مصرف در شبکه و افزایش گذر حجمی، فشار هر پمپ کاهش یافته و کاهش فشار تا آنجایی ادامه خواهد یافت که فشار پمپ‌ها از یک مقدار حداقل کمتر نشود.

در این حالت نیز توسط سوئیچ‌های فشاری، پمپ‌ها به ترتیب و یکی  پس از دیگری شروع به کار می‌نمایند به نحوی که کلیه پمپ‌ها در یک شرایط کاری مناسب از لحاظ راندمان قرار گیرند.

واضح است عملکرد پمپ‌ها با توجه به دامنه تغییرات دبی وارتفاع آنهابه نحوی می‌باشد که در شرایط نامطلوب از لحاظ راندمان قرار نخواهند گرفت و از طرفی فشار بیشینه ایجاد شده توسط پمپ‌ها در شبکه از حد مجاز تجاوز نمی‌نماید و پمپ‌ها در حداقل فشار نیز تأمین کننده حداقل فشار مورد نیاز در شبکه خواهند بود.
ذکر این نکته ضروریست که استفاده از سیستم سوئیچ فشاری این امکان را به وجود می‌آورد که پمپ‌ها همواره در شرایط مطلوب کاری قرار گیرند و از عمر مفید بیشتری برخوردار باشند و همچنین در میزان برق مصرفی نیز صرفه جویی گردد. از آنجائی که گذر حجمی ‌پمپ‌ها با استفاده از سوئیچ‌های فشاری و راندمان مناسب بین دو حد بالا و پایین مصرف، تنظیم می‌گردد، بنابراین بر اثر خارج شدن یک پمپ از مدار، پمپ‌های در حال کار از لحاظ راندمان دچار اختلال نمی‌گردند.

پمپاژ مستقیم با کنترل توسط مخزن هوایی:

استفاده از سیستم پمپاژ مستقیم با معایب زیادی همراه است. لذا در اغلب موارد جهت ایجاد یک سیستم مطمئن‌تر از مخازن مابین محل مصرف و ایستگاه پمپاژ استفاده می‌گردد، که مخزن تعبیه شده وظیفه کنترل فشار کار پمپ‌ها را عهده‌دار است. در این حالت پمپ‌ها برای حداکثر مصرف روزانه طراحی می‌شوند.

چنانچه مراکز مصرف مابین محل مخزن هوایی و ایستگاه پمپاژ واقع باشند و تأمین آب توسط مخزن هوایی و ایستگاه  پمپاژ صورت گیرد، تغییرات دبی و فشار آب در خطوط لوله کمتر خواهد شد.

به طور کلی انواع فشار در شبکه‌ توزیع آب عبارتند از:

فشار استاتیکی شبکه که با صفر فرض نمودن جریان در لوله‌ها و در نظر گرفتن بلندترین سطح آب در مخزن به دست می‌آید. حداکثر فشار استاتیکی، نبایستی از حداکثر فشار مجاز در شبکه، بیشتر شود.

فشار دینامیکی شبکه که در هر نقطه از شبکه، با کاستن افت فشارها از فشار کلی، به دست می‌آید. حد اقل فشار دینامیکی بایستی از حداقل فشار مورد نیاز در شبکه بیشتر باشد.

جمع آوری فاضلاب:

يکي از مهم‌ترين مسائل در حوزه مديريت شهري، جمع‌آوري و انتقال فاضلاب به خارج از محدوده شهرها و روستاهاست، حفظ محيط‌زيست، ارتقای بهداشت جوامع شهري و عوامل مختلف ديگر ازجمله ضرورت‌هايي است که منجر به احداث شبکه‌ها و تأسيسات فاضلاب شهري شده است.

اجزای شبکه جمع آوری فاضلاب:

با رشد و گسترش شهرها، در روش های جدید شهرسازی، سیستم شبکه جمع آوری و دفع فاضلاب جایگزین شیوه های قدیمی شده است. حتی در شهرهای کوچک در صورت وجود امکانات مالی بخاطر جنبه های مثبت بهداشتی، محیط زیست، ایمنی و غیره سیستم فاضلاب مورد بهره برداری قرار می گیرد. فاضلاب قبل از این که به أبها تخلیه شود لازم است که تصفیه شده و دفع باید به صورتی باشد که سلامتی جامعه را به خطر نیندازد و شرایط ناخوشایندی را به وجود نیاورد.

به مجموع لوله ها و متعلقاتی که به منظور جمع آوری فاضلاب از منازل و یا سایر مراکز تولید که در معابر، خیابانها در زیرزمین احداث می گردد شبکه جمع آوری فاضلاب گویند. اجزای تشکیل دهنده این شبکه شامل فاضلابروهای کوچک و بزرگ، آدم روها و ایستگاه های پمپاژ می باشد. به لوله هایی که به منظور جمع آوری فاضلاب استفاده می شود اصطلاحا فاصلابرو گفته می شود. فاضلابرو ها، لوله یا مجرایی است که معمولا پوشیده می باشد و در حالت عادی پر نمی باشد.

انواع فاضلابروهایی که شبکه جمع آوری فاضلاب را تشکیل می دهند و از کوچکترین مجرا شروع شده و به بزرگترین آن خاتمه می یابند عبارتند از :

انشعاب منازل: لوله ای که فاضلاب منازل را به شبکه جمع آوری فاضلاب تخلیه می نماید.

لوله های فرعی: فاضلابروهایی که اولین دریافت کننده فاضلاب از انشعاب منازل اند و دارای حداقل قطر می باشند.

لوله های نیمه اصلی: فاضلابرو هایی که دریافت کننده فاضلاب از حداقل دو یا تعداد بیشتری فاضلابرو فرعی می باشند و قطر آنها برابر یا بیشتر از فاضلابروهای فرعی است.

لوله های اصلی: فاضلابروهایی اند که دریافت کننده فاضلاب از حداقل دو یا تعداد بیشتری فاضلابروی فرعی است

خطوط انتقال فاضلاب: فاضلابرو های بزرگی اند که وظیفه آنها انتقال فاضلاب در خیابان های اصلی شهر و در نهایت به محل تصفيه خانه است.

متعلقات شبکه جمع آوری فاضلاب: شبکه های فاضلاب برای عملکرد صحیح نیاز به متعلقات گوناگونی دارند که شامل منهول، لوله ورودی، چاهک جمع آوری فاضلاب، ایستگاه های پمپاژ و سیفون معکوس می باشند.

شکل 1: شماتیکی از یک شبکه فاضلاب رو

انواع شبکه جمع آوری فاضلاب:

الف – شبکه جمع آوری ناقص: در این شبکه آب باران به کمک شبکه جمع اوری روباز یا روبسته جمع آوری شده و در نهایت به بیرون از شهر منتقل می گردد فاضلابهای خانگی نیز در چاه جانب دفع می شوند. به این شبکه، روش سنتی دفع فاضلاب نیز گفته می شود.

ب- شبکه جمع آوری کامل: در این شبکه آب باران و فاضلاب خانگی توسط شبکه هایی جمع و به بیرون از شهر منتقل می شوند. برای اجرای این این نوع شبکه جمع آوری سه شیوه طراحی وجود دارد

1- شبکه مجزا: در این نوع شبکه فاضلاب خانگی و صنعتی بوسیله شبکه جمع آوری و به تصفيه خانه هدایت می شود و آبهای سطحی نیز بوسیله یک شبکه مجزای سر پوشیده (کانال یا لوله) و با جویهای رو باز جمع آوری می گردند و بدون انجام عمل تصفیه وارد طبیعت می شوند.

شکل 2- شبکه جمع آوری مجزا

2- شبکه مرکب (درهم):

دراین روش فاضلاب های خانگی و صنعتی و فاضلاب ناشی از بارندگی بطور توأم با یک شبکه جمع آوری می گردند.

شکل 3: شبکه جمع آوری مشترک

3- شبکه نیمه مرکب:

در بعضی از شهرها بخشی از مناطق شهر دارای بافت قدیمی و فرسوده بوده و دارای معابر و کوچه های کم عرض هستند، به همین دلیل در این بخش از شهر، امکان اجرای دو سیستم جداگانه جهت جمع آوری فاضلاب شهری و سیلاب وجود ندارد و در مقابل در مناطق جديد الاحداث شهر امکان اجرای دو سیستم جداگانه وجود دارد، بنابراین در چنین شهرهایی با در نظر گرفتن تمام جوانب فنی و اقتصادی و اجرایی در بخشی از شهر شبکه به صورت مجزا و در بخش هایی دیگر از آن شبکه به صورت مركب احداث می گردد.

انتخاب نوع شبکه مناسب:

اگرچه در انتخاب نوع شبکه جمع آوری فاضلاب پارامترهای مختلف فنی، هیدرولیکی، اجرایی و اقتصادی مؤثر است ولی در بین این پارامترها، نقش اصلی را رژیم بارندگی منطقه به عهده دارد. زیرا در مناطقی که تعداد روزهای بارندگی زیاد است و منطقه جزء مناطق پر باران قرار دارد، احداث شبکه جمع آوری مرکب از نظر هیدرولیکی توجیه پذیر خواهد بود، چون در این مناطق تقریبا در تمام روزهای سال کم و بیش بارندگی وجود داشته و سرعت فاضلاب در حد سرعت خودشویی تأمین می گردد و مشکلی از نظر رسوب جامدات و مواد معلق و گرفتگی وجود نخواهد داشت، ولی در مناطق کم باران با توجه به اینکه در اکثر روزهای سال بارندگی وجود ندارد و دبی فاضلاب صرف دبی فاضلاب شهری است، بنابراین احداث شبکه مرکب در این مناطق سبب می شود که در روزهای غیر باراتی با توجه به کم بودن دبی فاضلاب شهری (نسبت به دبی سیلاب) و بزرگ بودن قطر لوله ها، سرعت فاضلاب به حد سرعت خودشویی نرسد، لذا ته نشینی و رسوب جامدات معلق در کف فاضلابروها اتفاق افتاده و مشکلاتی از قبیل انسداد و گرفتگی و تشدید خوردگی را به همراه خواهد داشت.

در کشور ما تقریبا بیش از 75 درصد مناطق در گروه مناطق کم باران قرار داشته و توجيهات فوق در مورد آنها مصداق دارد و علاوه بر این در سایر مناطق پر باران کشور نیز با توجه به دلایل زیر استفاده از شبکه های مجزا توصیه می گردد.

• در شبکه های مرکب در مواقع بارندگی به دلیل عدم امکان برآورد حجم دقیق سیلاب در هر حال احتمال پس زدگی فاضلاب در معابر و خیابان ها وجود داشته و باعث به وجود آمدن شرایط غیر بهداشتی به دلیل پراکنده شدن فاضلاب خانگی در معابر می گردد.

• آب باران نسبت به فاضلاب شهری به تنهایی دارای بار آلودگی کمتری است. لذا مخلوط شدن آن با فاضلاب خانگی طبیعتا آلودگی آن را افزایش داده و تصفیه توام آنها را مشکلتر می سازد، زیرا آب باران را به تنهایی پس از جمع آوری می توان از طریق ذخیره سازی در پشت سدهای خاکی و پس از ته نشینی مواد معلق و ناخالصی های آن برای مصارف کشاورزی و فضای سبز استفاده نمود ولی در صورت مخلوط شدن آن با فاضلاب شهری، فرآیندهای تصفیه بیشتر و پیچیده تری را می طلبد.

  منابع:kavireng.com

            en.acgih.ir