Vận tốc mục tiêu cho xả rửa đường ống nước: Bao nhiêu là hợp lý?

"Tôi nên đặt mục tiêu vận tốc bao nhiêu khi xả rửa đường ống nước?"

Đây chắc chắn là một trong những câu hỏi phổ biến nhất mà các kỹ sư vận hành hệ thống cấp nước quan tâm. Và – như nhiều lĩnh vực khác – câu trả lời phụ thuộc vào mục đích xả rửa. Một số lý do thường gặp gồm:

• Loại bỏ chất rắn lơ lửng khỏi đường ống
• Xử lý phản ánh của khách hàng về nước bị đục
• Loại bỏ các chất hòa tan trong ống
• Giải quyết phản ánh về mùi vị, chất lượng nước
• Kéo nước có dư lượng khử trùng tốt vào khu vực

Trong các trường hợp đầu tiên, vận tốc nước là yếu tố quan trọng. Các vấn đề ở đây thường do sự lắng đọng các chất rắn như sắt và mangan – chúng có thể lắng lại do vận tốc dòng chảy giảm bất ngờ hoặc do ăn mòn ở ống sắt không lót.

Một lưu ý quan trọng về mặt lý thuyết: Yếu tố di chuyển chất rắn là ứng suất cắt (tractive stress) giữa dòng nước và lớp trầm tích, chứ không đơn thuần là vận tốc. Tuy nhiên, phần lớn các kỹ sư vận hành hệ thống nước đều quen thuộc với khái niệm vận tốc hơn.

Thực nghiệm tại hiện trường

Khi phát hiện nước bị đục hoặc nghi ngờ có chất rắn, quy trình kiểm tra vận tốc tối thiểu có thể thực hiện như sau:

1. Xác định đoạn ống cần kiểm tra, cách ly và hướng dòng chảy qua một họng cứu hỏa.
2. Sử dụng thiết bị đo lưu lượng (Pitot), hoặc xô và đồng hồ bấm giờ nếu lưu lượng thấp.
3. Mở họng nước vừa phải để đảm bảo dòng nước đến từ ống chính. Quan sát nước cho đến khi trong.
4. Tăng dần vận tốc cho đến khi nước trở nên đục hơn - ghi nhận lưu lượng tại điểm này.
5. Tiếp tục tăng vận tốc cho đến khi nước trong trở lại. Nếu nước không trong, có thể đang hút cặn từ các nhánh xa hơn.
6. Lặp lại thử nghiệm tại các vị trí khác nhau, đảm bảo chỉ xem xét đoạn ống ngay trước họng nước để kiểm soát yếu tố vận tốc.

Khi tăng lưu lượng không làm nước đục hơn, bạn đã xác định được vận tốc tối thiểu cần thiết để làm sạch ống. Nên cộng thêm một hệ số an toàn nhỏ.

Những con số thực tiễn và các tình huống minh hoạ

Nhiều người sẽ thắc mắc: "Liệu có một con số tiêu chuẩn không?" Trong lĩnh vực cống thoát nước, vận tốc khuyến nghị tối thiểu là khoảng 0,6 m/s (tương đương 2 ft/s) để không lắng cặn.

• Nếu vận tốc đỉnh hàng ngày của ống chỉ đạt 0,06 m/s (0,2 ft/s), khi xả rửa nên đạt tối thiểu 0,6 m/s (2 ft/s).
• Nếu vận tốc đỉnh hàng ngày đã đạt 0,6 m/s (2 ft/s), khi vệ sinh có thể hướng đến 1,2 m/s (4 ft/s).
• Nếu ống thường xuyên đạt hoặc vượt 1,2 m/s (4 ft/s), gần như không cần xả rửa nữa vì dòng chảy đã tự làm sạch.

Một số cặn bám chặt vào thành ống hoặc tạo màng sinh học (biofilm) có thể cần vận tốc lớn hơn nhiều (8-10 ft/s, tương đương 2,5-3 m/s). Khi đó, có thể cần các phương pháp hỗ trợ đặc biệt như pigging bằng bọt, băng đá…

Lựa chọn phương pháp xả rửa: Thông thường hay một chiều?

Gần đây, xả rửa một chiều (UDF) được áp dụng ngày càng nhiều. Phương pháp này cần cô lập các đoạn ống nhờ vận hành van, đảm bảo dòng nước di chuyển theo đúng hướng mong muốn và loại bỏ toàn bộ cặn bẩn. Tuy nhiên, UDF đòi hỏi nhân lực nhiều, lập kế hoạch kỹ và chi phí cao hơn.

Ngược lại, xả rửa thông thường ít tốn kém nguồn lực hơn, chỉ cần đảm bảo nguyên tắc "Luôn xả với nước sạch phía sau". Các phần mềm mô phỏng như OpenFlows Water giúp kiểm tra hiệu quả xả rửa bằng cả hai phương pháp.

Dù câu hỏi đặt ra ban đầu tưởng chừng đơn giản, nhưng câu trả lời lại yêu cầu cân nhắc cụ thể về từng trường hợp thực tế. Đó cũng chính là đặc thù của ngành cấp nước & hạ tầng – nơi không có đáp án chung cho mọi hệ thống.

Để trao đổi hoặc đặt câu hỏi về bài viết, bạn có thể liên hệ trực tiếp với tác giả qua tom.walski@bentley.com.