محمدرضا سلیمی – کارشناسی ارشد مهندسی عمران ، سرپرست بخش تخصصی ، امورفاضلاب و محیط زیست ، شرکت طوس آب

علی وثوق – دانشجوی کارشناسی ارشد عمران – محیط زیست دانشگاه تهران ، کارشناس فنی و مهندسی شرکت طوس آب

منتشر شده در مجله آب و فاضلاب شماره 67 سال ۱۳۸۷ ( صفحات 71 الی 77 )
چکیده : 
لوله به عنوان یکی از اجزای مهم شبکه های جمع آوری فاضلاب بخش قابل توجهی از هزینه ها را به خود اختصاص می دهد. با توجه به این امر و نیز روند رو به رشد طراحی و اجرای خطوط جمع آوری و انتقال فاضلاب در سالهای اخیر در کشور ، انواع مختلفی از لوله وارد بازار شده است. در این راستا ، انتخاب صحیح لوله و نیز کنترل فنی و کیفی آنها حائز اهمیت می باشد. در این مقاله سعی شده است در ابتدا انواع لوله های مورد استفاده در شبکه های جمع آوری فاضلاب (شهری و روستایی ) مورد بررسی قرار گیرد و سپس در ادامه ، اهمیت کنترل فنی و کیفی انواع لوله های پلی اتیلن دو جداره مورد استفاده در خطوط فاضلابرو ارائه گردد. در پایان مقاله نیز مباحث مربوط به نحوه و شرایط کنترل فنی و بازرسی لوله های پلی اتیلن فاضلابی در مراحل ساخت و بهره برداری ارائه شده است.
شبکه های جمع آوری فاضلاب ، کنترل فنی و کیفی ، لوله های پلی اتیلن دو جداره

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا و مجله آب و فاضلاب شماره 67 سال ۱۳۸۷ ( صفحات 71 الی 77 )مراجعه نماید

مقدمه
به طور کلی بخش قابل توجهی از هزینه های اجرای تاسیسات جمع آوری و تصفیه فاضلاب شهری مربوط به هزینه های خرید و کارگذاری لوله های مورد استفاده در طرح می باشد. لذا با توجه به تنوع گسترده تولید لوله با جنس های مختلف و توسعه صنایع داخلی در این بخش، مسئله تصمیم گیری در انتخاب نوع و جنس لوله متناسب با نیازهای فنی طرح از اهمیت خاصی برخوردار است. در این راستا کنترل فنی و کیفی لوله های پلی اتیلن دو جداره فاضلابی (در مراحل طراحی، خرید، تولید، کارگذاری و بهره برداری) نیز قابل تامل  مهم می باشد.

1-    عوامل مهم و موثر در انتخاب نوع و جنس لوله (مرحله طراحی)
طرح شبکه های جمع آوری فاضلاب باید پارامترهای زیر را در هنگام انتخاب نوع و جنس لوله جهت طراحی و تحلیل هیدرولیکی شبکه های جمع آوری فاضلاب مد نظر قرار دهد :

1.    کیفیت فاضلاب خام
2.    نوع و جنس زمین در محل نصب لوله.
3.    عمق کارگذاری و نصب لوله 
4.    بارهای ترافیکی وارد بر لوله 
5.    درجه حرارت محیط
6.    حداقل بودن میزان نشت لوله (به داخل و یا به خارج)
7.    سهولت کاربرد لوله در محل کارگذاری و بهره برداری (با توجه به نوع و نحوه اتصال)
8.    سهولت جابجایی لوله در مراحل بارگیری، حمل و نقل و انبار داری.
9.    طول عمر مفید لوله و اتصالات
10.    قابلیت تولید در داخل کشور (لوله و اتصالات)
11.    وجود و یا عدم وجود استانداردهای بین المللی و یا ملی برای مراحل ساخت و کنترل کیفی لوله و اتصالات
12.    قیمت خرید و هزینه حمل و نقل و کارگذاری (لوله و اتصالات)
13.    مقاومت لوله در برابر بارهای خارجی و داخلی وارد بر آن
14.    مقاومت لوله در برابر پدیده خوردگی در جدار داخلی و خارجی (ناشی از خوردگی شیمیایی، بیولوژیکی)
15.    حداقل و حداکثر فشارهای داخلی و خارجی قابل تحمل توسط لوله
16.    زبری جدار داخلی لوله و چگونگی تغییرات آن در طول دوره عمر مفید.
17.    قابلیت دوام و انعطاف پذیری لوله
18.    نوع و نحوه اتصال لوله و قابلیت های تنوع در این خصوص (توسط سازندگان)
19.    طول لوله و قابلیت های تنوع تولید در این خصوص (توسط سازندگان)
20.    نیازمندی های لوله به منظور بستر سازی زیر و اطراف آن به هنگام کارگذاری
21.    وزن و سبکی لوله
22.    قابلیت های موجود به لحاظ امکان کنترل فنی و کیفی لوله (وجود استانداردها، آزمایشگاه های مرجع و امکان نظارت).

با توجه به پارامترهای فوق، استفاده از انواع لوله پلاستیکی در مقایسه با سایر لوله برای اجرای طرح های جمع آوری و انتقال فاضلاب در کشور ( فاضلاب شهری ، فاضلاب روستایی و فاضلاب صنعتی) رو به گسترش است. ویژگی های این لوله عبارتند از :
–    طول عمر زیاد و مقاومت مناسب در برابر پدیده خوردگی
وجود گازهای خورنده از جمله گاز H2S در فاضلاب خام جاری در فاضلابروها، همراه با بخار آب سبب تولید اسید سولفوریک شده که می تواند اثرات مخربی را به همراه داشته باشد. ماهیت لوله پلاستیکی از جمله پلی اتیلن به دلیل نوع مواد اولیه به گونه ای است که از این امر تاثیر نمی پذیرد و از این حیث نسبت به سایر انتخاب های موجود برتر می باشد.
–    قابلیت تولید و تامین نسبی مواد اولیه مورد نیاز در داخل کشود.
–    وجود تولید کنندگان مختلف لوله و اتصالات مورد نیاز با توانمندی فنی قابل قبول در داخل کشور.
–    هزینه های نسبتاً کمتر خرید، حمل و نصب در مقایسه با سایر لوله های قابل استفاده.

شناسایی انواع لوله های مورد استفاده در شبکه های جمع آوری فاضلاب شهری و روستایی در ایران (تاکنون و در آینده)
به طور کلی متناسب با رشد و پیشرفت تکنولوژی در داخل کشور، در طی دو دهه اخیر انواع لوله با جنس های مختلف در طرحهای جمع آوری فاضلاب شهری در ایران مورد استفاده قرار گرفته است، که به ترتیب تقدم زمان کاربرد می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1-    لوله های آزبست سیمان (گروه فاضلابی)
2-    لوله های بتنی (ساده و مسلح همراه با پوشش و بدون پوشش)
3-    لوله های پلی اتیلن
o    لوله دوجداره فاضلابی عمدتا در طرح های فاضلاب شهری
o    لوله تک جداره در اقطار 110 تا 315 میلی متر و فشارر کار 4 و 6 اتمسفر عمدتاً در طرح های فاضلاب روستایی.
4-    لوله های U.P.V.C (در اقطار و فشار کارهای مختلف در طرح های فاضلاب شهری و روستایی)
5-    لوله های پلی کریت 
6-    لوله های سفالی
توضیع جمعیت در شهرهای ایران در جدول 1 ارایه شده است . به استناد اطلاعات موجود در طرح های مطالعاتی و یا اجرایی در سطح کشور مقدار انواع لوله های فوق الذکر به تفکیک قطر و جنس که تاکنون در طرحهای جمع آوری فاضلاب شهری و روستایی مورد استفاده قرار گرفته در شکل های 1 و 2 مشخص شده است. 
نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که در حال حاضر بیشترین نوع لوله مورد استفاده در طرح‌های جمع آوری فاضلاب لوله‌های پلاستیکی خوصا لوله‌های از جنس پلی اتیلن میباشد. شایان ذکر است که در طرح‌های فاضلاب شهری لوله‌های مذکور عمدتاً از نوع دوجداره فاضلابی می‌باشد. لکن در طرح‌های فاضلاب روستایی در صورت استفاده از روش‌های نامتعارف جمع‌آوری فاضلاب نظیر ‌ای SDGS، MCGS و SS لوله‌های مورد استفاده عمدتا از نوع پلی اتیلنی تک جداره و یا U.P.V.C با قطر کوچک است.

انواع لوله های پلی اتیلن مورد استفاده در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب
به طور کلی لوله‌های پلی اتیلن در دو گروه زیر تولید می‌گردند.
o    لوله های با فشار کار بالا
o    لوله های با فشار کار پایین
لوله های مورد استفاده در صنعت فاضلاب عمدتا لوله های کار در فشار پایین (جریان هیدرولیک، آزاد و اتمسفر) می باشد که به نوبه خود به دو صورت تک لایه و دولایه (کاروگیت، اسپیرال و کرتیوب) تولید می شوند. لوله های تک جداره قبل از ورود فناوری لوله های دو جداره و تولید وسیع آن ها در سطح بین المللی و کشور، پرکاربرد ترین نوع لوله های پلی اتیلنی محسوب می گردیدند. لکن در حال حاضر با گسترش سریع صنعت تولید لوله های دو جداره‌ی پلی اتیلن در داخل کشور، استفاده آن ها به دلیل مقاومت زیاد، سبکب وزن، طول عمر بسیار زیاد و افزایش سرعت اجرا ناشی از وجود تنوع اتصالات قابل استفاده (کوپر سرخود یا مجهز همراه با اورینگ) در مقایسه با لوله های پلی اتیلن تک جداره، اولویت استفاده بیشتری در طرح های جمع آوری فاضلاب شهری پیدا کرده است.

کنترل فنی و کیفی لوله های دو جداره فاضلابی
عمده مباحث در خصوص کاربرد و استفاده از لوله های پلاستیکی در طرح های فاضلاب شهری، مربوط به نحوه کنترل و پالایش فنی و کیفی لوله های پلی اتیلنی دو جداره فاضلابی می باشد. به طور کلی مراحل کنترل فنی و کیفی لوله های پلی اتیلنی دو جداره فاضلابی را می توان به شرح زیر طبقه بندی کرد:
o    منترل فنی در مرحله طراحی و عملیات کارگذاری و نصب لوله
o    کنترل کیفی در مرحله قبل، حین و بعد از تولید لوله (ماده اولیه و محصول) 
o    کنترل در دوران بهره برداری

کنترل فنی در مرحله طراحی و عملیات کارگذاری و نصب لوله
کنترل های لازم در مرحله طراحی و عملیات کارگذاری و نصب لوله ها شامل موارد زیر است:

الف) کنترل فنی در مرحله طراحی:
o    اخذ مشخصات فنی لوله و اتصالات از سازندگان مختلف و مطابق آن ها با خصوصیات طرح به منظور دستیابی به حداکثر انطباق فنی در مرحله طراحی (مشخصات فنی همانند مقاومت حلقوی، قطر داخلی، قطر خارجی، طول لوله، نوع اتصال، مدول الاستیسیته، تنش تسلیم، تست ضربه و مقاومت در برابر رشد ترک)
o    کنترل در خصوص رعایت کلیه ضوابط، معیارهای فنی و استانداردهای موجود ملی، منطقه ای و یا بین المللی مرتبط با مرحله انتخاب مشخصات فنی لوله

ب) کنترل فنی در مرحله عملیات کارگذاری و نصب لوله:
o    کنترل در خصوص رعایت کلیه مشخصات فنی و جزئیات اجرایی، شامل جزئیات بستریسازی در زیر و اطراف لوله، نحوه اتصال و آب بندی. یکی از موارد مهمی که در مورد استفاده از لوله های پلی اتیلن باید مورد دقت قرار گیرد، نحوه بسترسازی این نوع لوله هاست. با توجه به ماهیت لوله های پلاستیکی، در کلیه استانداردهای ملی و بین المللی توصیه اکید شده است که بستر مورد استفاده برای آن ها صلب نباشد . دلیل این امر خاصیت انعطاف پذیری لوله های پلی اتیلنی است که در صورت استفاده از بسترهای صلب و سخت، پس از مدتی احتمال ایجاد ترک های عرضی در این گونه لوله ها وجود دارد. لذا الزاماً بسترسازی مناسب برای برای این نوع لوله ها استفاده از خاک متراکم است. بدیهی است قبل از نصب لوله ها عملیات کنترل شیب طراحی الزاماً باید در طول مسیر اجرای کار صورت پذیرد. 
o    کنترل در خصوص نحوه حمل و نقل نگهداری لوله و اتصالات 
o    کنترل آب بندی اتصالات

5-2- کنترل کیفی لوله و اتصالات در مراحل قبل، حین و بعد از تولید
به منظور انجام کنترل کیفی لوله در مراحل قبل، حین و بعد از تولید می توان به موارد زیر اشاره کرد:

الف) کنترل کیفی قبل از تولید
o    اخذ و منترل مشخصات فنی محصول ارائه شده از سوی تولید کنندگان لوله و اتصالات (محصول قبلی)
o    کنترل کیفی مواد اولیه به لحاظ قرار گیری در محدوده رواداری های استانداردهای مرتبط (به طور معمول پارامترهایی از قبیل نوع پایه گرانول 100، 80، 63PE ، نوع مستربچ، دوده و بخش آن، MFI، چگالی و ثبات حرارتی کنترل می گردند). مهمترین عامل در این خصوص پایه لوله  بودن مواد اولیه می باشد.
o    کنترل فناوری و تجهیزات تولید در محل کارخانه (مناسب بودن تجهیزات فنی و تولید)

ب) کنترل در حین تولید
o    انجام آزمایش های کیفی مورد نیاز به صورت دوره ای (به منظور کنترل تکرارپذیری محصول و سایر مشخصات فیزیکی و مکانیکی)
o    انجام اندازه گیری های ابعادی (لوله و اتصالات)
o    کنترل فرآیند تولید

ج) کنترل بعد از تولید
o    انجام آزمایش های کیفی مورد نیاز (به منظور تعیین مشخصات فیزیکی و مکانیکی لوله و اتصالات)
o    انجام اندازه گیری های ابعادی 
o    کنترل نحوه انبارداری و نگهداری در محل کارخانه
o    کنترل نحوه بارگیری و حمل از کارخانه
o    کنترل انجام نشانه گذاری های لازم منطبق با استانداردهای مرتبط
o    کنترل تخلیه و نگهداری در محل انبار کارفرما
o    کنترل مسطح بودن محل نگهداری لوله و اتصالات
o    کنترل نحوه، چیدمان لوله ها در محل انبار مطابق با استانداردهای موجود
o    کنترل مدت زمان نگهداری لوله و اتصالات در محل انبار
o    کنترل زمان ماندگاری لوله و اتصالات در محل تولید و انبار کارفرما

کنترل در دوران بهره برداری
به منظور کنترل در دوران بهره برداری، انجام عملیات ویدئومتری به صورت دوره ای به منظور اطمینان از عملکرد صحیح لوله و اتصالات و جلوگیری از ایجاد حوادث غیر مترقبه در خطوط جمع آوری و انتقال فاضلاب توصیه می شود.

استانداردها و معیارهای مرتبط با کنترل فنی و کیفی لوله های پلی اتیلن دو جداره فاضلابی
از جمله استانداردها و معیارهای قابل قبول در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد: 
استاندارد شماره 7174، 7175، (1، 2 و 3) 9116، استاندارد ملی ایران، 
DIN 16961, PrEN 13476, ASTM F894, ASTM D 2321, ATV, A127, Direction DVS 2207,2000, Direction DVS 2209-1,1997.

آزمایش های مرتبط با کنترل کیفی لوله های پلی اتیلن دو جداره فاضلابی
به طور کلی به منظور امکان کنترل فنی و کیفی لوله های پلی اتیلن دوجداره، آزمایش های زیر در دوبخش کنترل کیفی مواد اولیه و محصول انجام می گیرد که عبارتند از:

الف) کنترل کیفی ماده
o    شاخص جریان مذاب (MFI)
o    تعیین دوره و درصد پخش آن
o    آزمون ثبات حرارتی (OIT)
o    تعیین دانسیته
o    مقاومت در مقابل رشد ترک ناشی از ترکیب تنش و محیط مهاجم (ESCR)
o    آزمون هیدرواستاتیک (آزمون بر روی لوله تک جداره تولیدی از ماده اولیه مورد نظر)
o    آزمون ترکیدگی

ب) کنترل کیفی محصول (لوله و اتصالات)
o    آزمون مقاومت حلقوی
o    آزمون انعطاف پذیری
o    آزمون ضربه
o    کنترل ابعادی جدار داخلی و خارجی و شکل ظاهری 
o    آزمون ضربه آب بر اساس استانداردهای موجود (جدار داخلی)
o    آزمون تعیین میزان مقابله با اشعه UV (جدار داخلی)
o    آزمون آب بند بدن اتصالات بر اساس استانداردهای موجود (لوله و اتصالات به صورت یکپارچه)
o    آزمون کشش (اختصاصا برای لوله های اسپیرال در اقطار مختلف)

مشکلات ناشی از عدم کنترل فنی و کیفی لوله و اتصالات
به طور کلی عوامل زیر در کاهش کیفیت محصول تولیدی موثر می باشد:
الف) عدم استفاده از مواد اولیه پایه لوله و یا پایین بودن کیفیت آن
ب) پایین بودن فناوری تولید (عدم استفاده از تجهیزات فنی مناسب)
ج) عوامل مرتبط با فرآیند.
عوامل فوق الذکر موجب ایجاد مشکلاتی در کیفیت لوله و اتصالات تولیدی می گردند. از عمده مشکلات ناشی از عدم کنترل کیفی لوله ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
o    شکننده شدن جدار داخلی و ایجاد شکستگی در آن به دلیل عدم استفاده و یا کمبود مواد مقاوم به اشعه UV نا کافی بودن ضخامت جدار و یا کم بودن مقاومت حلقوی.
o    تغییر شکل غیر طبیعی (اعوجاج)، دو پهن شدن لوله و اتصالات و یا شکستگی به دلیل کافی نبودن حداقل مقاومت حلقوی مورد نیاز (عدم کنترل فنی) و یا بسترسازی و زیر سازی نامناسب در زمان کارگذاری و نصب لوله (عدم کنترل کیفی مراحل اجرایی).
o    پایین آمدن عمر مفید لوله و اتصالات به دلیل عدم استفاده از مواد اولیه مناسب
o    ایجاد پارگی و سوراخ به دلیل عدم رعایت اصول فنی در مراحل بارگیری، حمل و نقل، تخلیه لوله و اتصالات
o    افزایش هزینه های سرمایه گذاری به دلیل کاهش عمر مفید لوله و اتصالات و به تبع آن کاهش
o    کاهش طول دوره مفید بهره‌برداری از طرحهای جمع آوری فاضلاب

مراحل مختلف کنترل بازرسی
عمده مراحل کنترل و بازرسی لوله و اتصالات پلی اتیلنی دو جداره فاضلابی عبارتند از:
o    بازرسی مواد اولیه : تهیه و پر نمودن چک لیست های کنترل کیفی محصول به صورت دوره ای در مراحل مختلف کار توسط سازنده، (کنترل تکرارپذیری محصول)
o    انجام آزمایش های کنترل کیفی بر روی نمونه های انتخابی از لوله و اتصالات به طور منفک و یا توام در مراحل مختلف (در زمان تولید و در زمان نصب و کارگذاری)
o    دریافت و تحلیل نتایج آزمایش های کنترل کیفی جهت انطباق با حد رواداری مجاز ارائه شده در استانداردها و معیارهای فنی مرتبط
o    تهیه مجوزهای مورد نیاز برای یادگیری و حمل لوله و اتصالات
o    بازرسی و برسی محل انبار و نگهداری لوله های تولیدی
o    مدارک و مستندات فنی ملاک عمل در ارزیابی تولید کنندگان. ارزیابی عمدتا در طی دوره برگزاری مناقصه صورت می پذیرد.
در این مرحه بایستی مدارک و مستندات فنی زیر مورد بررسی و دقت نظر قرار گیرد:
o    اسناد و دعوتنامه ممهور شرکت در مناقصه
o    کپی اساسنامه
o    آگهی آخرین تغییرات شرکت (در صورت موجود)
o    مشخصات فنی لوله، آزمایش های کنترل کیفی و استانداردهای ساخت
o    پروانه کاربرد علامت استاندارد و بهره برداری 
o    گواهینامه فنی از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن

 جمع بندی و پیشنهادات
به منظور بالا بردن کیفیت لوله های و اتصالات مورد استفاده در طرح های جمع آوری فاضلاب موارد زیر پیشنهاد می شود:
1-    هماهنگی کامل مشخصات فنی طرح با مشخصات فنی لوله و اتصالات که از سوی سازندگان ارائه می شود
2-    انجام آزمایش های ژنوتکنیک و بررسی و تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش ها به منظور استفاده از آن در طراحی
3-    رعایت جمیع موارد مرتبط با مبحث کنترل فنی و کیفی به هنگام تهیه اسناد مناقصه های خرید لوله
4-    انجام عملیات ویدئومتری متناسب با روند پیشرفت عملیات اجرایی و دوره ای در طی دوران بهره برداری
5-    مشارکت بیشتر سازندگان لوله و اتصالات در هنگام اجرای پروژه های جمع آوری فاضلاب
6-    حضور ناظر مقیم از سوی خریدار (دستگاه نظارت) به منظور امکان شناسایی تکرارپذیری محصول و انجام آزمایش های کنترل کیفی
7-    شفاف شدن نحوه پرداخت هزینه انجام آزمایش ها و درج این نکته در اسنناد مناقصه های خرید لوله و اتصالات
8 –    ساخت انبارهای سرپوشیده در محل کارخانه های تولیدی و مراکز کارفرمایان
9 –    انجام آزمایش های مرتبط با کنترل میزان تراکم بستر در زیر، اطراف و بالای نواحی مختلف لوله و اتصالات در طی دوره اجرای پروژه
10 –  مستندسازی نتایج آزمایش های انجام شده در طی مراحل مختلف به منظور اجرا جهت استفاده در دوران بهره برداری از طرح

منابع
1 –    منابع و مواخذ موجود در آرشیو فنی شرکت مهندسی مشاور طوس آب
2 –    سازمان مدیریت برنامه ریزی کشور. (1385). "تدوین معیارها و کاهش خطر پذیری ناشی از زلزله" نشریه شماره 3.3 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، معاونت امور فنی، دفتر امور فنی
3 –    مکز آمار ایران. (1385). "سرشماری عمومی نفوس و مسکن سال 1385" <www.sci.org.ir> (15/2/87)
4 –    دفتر روابط عمومی شرکت آب و فاضلاب کشور. (1383). کتابچه شرکت های آب و فاضلاب در گام سوم توسعه، انتشارات آب و فاضلاب کشور، تهران.
5 –    موسسه ملی استاندارد ایران. (1386). استاندارد ملی ایران 1 و 2و 3 – 9116-1386- در خصوص لوله و اتصالات پلی اتیلن دوجداره با دیواره ساختمند مورد استفاده در شبکه های ثقلی جمع آوری و انتقال فاضلاب، زهکشی مدفون شده در زیر خاک، تهران.
6 –    ASTM D2321- Standard practice for underground installation of thermoplastic pipes for sewer and other gravity flow application.
7 –    موسسه ملی استاندارد ایران. (1383). استاندارد ملی ایران-7174- سال 1383- پلاستیکها-لوله های پلی اتیلنی مورد استفاده در آبرسانی- مواد اولیه مورد مصرف – ویژگی ها، تهران.

منتشر شده در مجله آب و فاضلاب شماره 67 سال ۱۳۸۷ ( صفحات 71 الی 77 )
این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا و یا مجله آب و فاضلاب شماره 67 سال ۱۳۸۷ ( صفحات 71 الی 77 )مراجعه نماید