摘要：

在“雙碳”目標與水質標準持續(xù)提升的雙重驅動背景下，傳統(tǒng)污水處理廠提標改造中面臨工期冗長、用地緊張以及建設碳排放居高不下等諸多挑戰(zhàn)。本文著重提出承插裝配式污水處理廠建設技術，通過工廠預制標準化構件與現(xiàn)場承插式快速組裝的創(chuàng)新模式，實現(xiàn)建設流程的全面重構。結合工程實踐，系統(tǒng)深入地剖析其核心原理、技術優(yōu)勢、關鍵工藝及典型應用場景，充分論證該技術在城鎮(zhèn)污水提標改造中的適用性，為行業(yè)提供具有價值的技術參考和切實可行的實施路徑。

關鍵詞：污水提標改造；承插裝配式；模塊化設計；快速組裝；低碳建造；全生命周期管理

1.  背景

近年來，隨著《水污染防治行動計劃》（“水十條”）的深入實施，以及地方排放標準的不斷嚴苛化，全國范圍內(nèi)污水處理廠提標改造工作全面展開。國內(nèi)眾多地區(qū)污水處理廠排放標準已從一級B提升至一級A，部分敏感區(qū)域更是要求達到地表水Ⅳ類或Ⅲ類標準，尤其在脫氮除磷效率方面提出更高要求，如 總氮（TN）≤10mg/L，總磷（TP）≤0.3mg/L。

這一形勢對現(xiàn)有污水處理設施構成嚴峻挑戰(zhàn)，特別是那些建設年代較為久遠、處理工藝相對落后的城鎮(zhèn)污水處理廠，普遍面臨處理能力不足、出水水質無法穩(wěn)定達標的問題，迫切需要新增或強化生物反應、深度處理等工藝環(huán)節(jié)。

更為棘手的是，多數(shù)污水廠地處于城市建成區(qū)，擴建空間極為有限，必須在原址實現(xiàn)“提標不降處理規(guī)模”的目標。施工期間產(chǎn)生的噪聲、揚塵以及污水排放等問題，影響周邊居民的正常生活和環(huán)境質量。此外，長時間的施工改造還會對污水處理廠的正常運行造成干擾，導致運行中斷或處理能力大幅下降，給城鎮(zhèn)水環(huán)境質量帶來極大風險。在此情形下，裝配式污水處理廠憑借工業(yè)化思維重構建設流程，實現(xiàn)“標準模塊設計”—“工廠預制加工”—“項目現(xiàn)場拼裝”一體化快速交付，為提標改造提供了高效解決方案。

2.  承插裝配式污水處理廠技術體系

2.1.  定義和技術原理

裝配式污水處理廠（Assembled Sewage Treatment Plant）是指將傳統(tǒng)污水處理廠的各類構筑物，如事故調節(jié)池、水解酸化池、生化池、二沉池、濾池等，分解為標準化的功能模塊，這些模塊在工廠進行加工制作，完成預制后運輸至現(xiàn)場進行組裝，并連接設備、管線等污水處理配套及附屬系統(tǒng)，最終建成完整的污水處理廠。

承插裝配式技術創(chuàng)新性地采用“榫卯+高強螺栓”節(jié)點設計。在預制構件邊緣設置凸榫/凹槽，通過承插子母連接后灌注微膨脹灌漿料，形成剛柔結合的防水抗震連接結構。污水處理構筑物的主體結構、設備基礎及管道系統(tǒng)在工廠預制為標準化構件，運至現(xiàn)場后進行快速拼接，從而形成完整的處理系統(tǒng)。

2.2.  核心原理

預制構件標準化：運用模數(shù)化設計理念，將池體墻板、底板、頂板及設備預埋件預制為帶承插口的模塊。如空心預制柱預留插槽，墻板邊緣設凸榫或凹槽，為現(xiàn)場組裝奠定基礎。

現(xiàn)場快速組裝：通過機械吊裝的方式將構件插入預設接口，再輔以灌漿、螺栓或預應力張拉固定，形成牢固的剛性連接。這種方式徹底摒棄了傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝中模板支護與混凝土養(yǎng)護等繁瑣工序，大大提供了建設施工效率。

2.3.  技術特點

2.3.1. 建設效率

工廠預制與現(xiàn)場組裝同步進行的模式，使得典型項目工期從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝的12~18個月大幅壓縮至3-5個月，工期縮短幅度達到70%~80%。現(xiàn)場作業(yè)得到極大簡化，濕作業(yè)量減少80%以上，無需大型混凝土澆筑設備，施工人員需求降低50%，這一系列優(yōu)勢不僅顯著減少噪音、粉塵等污染，更契合城市建成區(qū)環(huán)境保護要求。

2.3.2.  低碳建造

在建設階段，碳排放降低40%-50%。由于減少現(xiàn)場混凝土澆筑與養(yǎng)護環(huán)節(jié)，而這一環(huán)節(jié)在傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土施工工藝中占建設階段碳排放的60%，因此實現(xiàn)大幅的碳減排。構件工廠化生產(chǎn)損耗率＜3%，相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝10%—15%的損耗率，鋼材/混凝土利用率提升15%以上。同時，資產(chǎn)回收價值極高，不銹鋼裝配式水池回收比例可到95%以上，充分體現(xiàn)了低碳環(huán)保和資源高效利用的理念。

2.3.3.  結構性能與靈活性

承插節(jié)點通過高強灌漿料增強連接強度，能滿足抗震設防8度（GB 50011標準）的要求，力學性能可靠，完全符合污水處理廠水池構筑物的特征環(huán)境使用需求。預留承插接口為后期擴建提供了便利，在提標（擴容）改造時，可在原有承插式池體旁快速拼接新增處理模塊，無需中斷污水處理廠的正常運行，保證了污水處理的連續(xù)性。

2.3.4. 技術要點

（1）標準化模塊設計：

秉持“功能單元模塊化”理念，將事故調節(jié)池、水解酸化池、生化池、二沉池、濾池等處理單元分解為標準模塊。例如，墻板標準模塊為B×H=3m×6m，通過靈活組合設計，能夠適應不規(guī)則地塊的建設需求。在模塊設計過程中，充分考慮道路限制、運輸工具及模塊結構加強等因素，確保模塊的可運輸型和結構穩(wěn)定性。

（2）工廠預制和現(xiàn)場組裝：

裝備池體和構件在工廠完成結構焊接、模塊預制、設備集成工作，如曝氣系統(tǒng)、水槽、填料支架等。運至現(xiàn)場后，僅需螺栓連接、拼接、灌漿，施工周期較傳統(tǒng)模式縮短70%-80%。以承插裝配式污水處理水池為例，采用“榫卯+高強螺栓”連接方式，節(jié)點承載力達到母材的90%以上，主體裝備施工安裝現(xiàn)場實現(xiàn)不動焊作業(yè)。預制墻板預留設備接口，如水、氣管口和儀表安裝支架，實現(xiàn)“結構—設備—管線”一體化預制和螺栓連接安裝，基本無需動火焊接作業(yè)。

（3）質量可控：

在工廠內(nèi)，構件精度誤差可嚴格控制在2mm以內(nèi)，防腐涂層厚度均勻性提升50%。節(jié)點采用灌漿料+密封膠防水設計，確保裝備主體不滲漏，有限保證了污水處理廠的建設質量和可靠性。

2.3.5.  典型生化池工藝

承插裝配式可實現(xiàn)圓形和方形池體，其中在污水處理廠核心生化系統(tǒng)中，通過裝配式結構實現(xiàn)全段可調污水處理工藝。

該工藝生化系統(tǒng)主體采用雙層同心圓結構，內(nèi)環(huán)為二沉池，外環(huán)劃分為8~12個分區(qū)，可實現(xiàn)A²/O、多級AO、A²/O+AO、AOA等不同工藝靈活切換，能夠有效應對季節(jié)性和城市發(fā)展帶來的原水水量水質波動沖擊。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，該工藝系統(tǒng)內(nèi)碳源利用率提高20%—30%，總氮去除率提升15~20%。同時，內(nèi)、外回流采用短流程、少管路設計，借助穿墻泵或氣提方式回流，大大減少內(nèi)外回流能耗和建設成本。

3. 典型應用場景

四川某食品園區(qū)工業(yè)污水處理廠，原設計規(guī)模1萬m³/d，執(zhí)行一級A標準，提標改造后，處理規(guī)模擴大至2萬m³/d，執(zhí)行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》工業(yè)園區(qū)集中式污水處理廠標準，具體設計水質指標，進水：COD≤550mg/L，總氮≤60mg/L，氨氮≤35mg/L；出水：COD≤40mg/L，總氮≤15mg/L，氨氮≤3mg/L。

污水處理工藝：預處理（利舊）→初沉池（原調節(jié)池改造）→水解酸化池（新建）→生化池（原位擴容）→二沉池（新建）→磁混凝沉淀池（新建）→硫自養(yǎng)反硝化濾池（新建）→接觸消毒池（新建）→達標排放。

其中，新建處理單元采用不銹鋼承插裝配式水池設計，以下為兩種典型圓形、方形水池結構形式參數(shù)：

表1    圓形和方形不銹鋼承插裝配式水池參數(shù)

以濾池為例，其主體38個模塊的安裝僅需1臺吊車和4個人工，無需專業(yè)工具，主體現(xiàn)場組裝僅需3天，從工廠生產(chǎn)至主體完成安裝的整個周期為18天，具體施工工序如下：

基礎混凝土施工（預埋螺栓調節(jié)板）、裝備模塊生產(chǎn)（工廠預制）→現(xiàn)場吊裝、模塊安裝→模塊調整、高強螺栓緊固→子母承插口灌漿密封、底板密封防水施工→養(yǎng)護→閉水試驗。

4. 技術對比

在污水處理廠建設領域，承插裝配式、焊接裝備式和傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土技術各具特點，存在多方面差異，具體如下：

表2    承插裝配式與其他形式對比

承插裝配式在工期、碳排放、回收率上優(yōu)勢顯著，最適合“雙碳”目標下的提標改造。承插式節(jié)點密封性和抗震性優(yōu)于焊接，且工廠預制精度更高；傳統(tǒng)現(xiàn)澆初期成本低，但長期維護費用高。

城鎮(zhèn)建成區(qū)提標改造、敏感區(qū)域（需快速施工+低干擾），優(yōu)先選擇承插裝配式。謹慎選擇焊接裝配式，其適于臨時性項目或預算有限且腐蝕風險低的場景。傳統(tǒng)現(xiàn)澆形式，適于地質復雜或超大規(guī)模型新建污水廠。

5. 結論與建議

5.1. 結論

（1）承插裝配式污水處理廠通過標準模塊設計、工廠預制生產(chǎn)和現(xiàn)場拼接組裝的創(chuàng)新模式，在建設效率、低碳建排、空間利用率等方面超越傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝，尤其適合城鎮(zhèn)建成區(qū)的提標改造需求。

（2）該技術支持原位擴容和工藝靈活切換，可無縫集成深度處理單元，實現(xiàn)水質從一級A提標至地表準Ⅳ類標準，且通過分階段施工實現(xiàn)不停產(chǎn)改造。

（3）標準化設計、耐久性提升與智能化融合，推動其從“高效建設”向“全周期低碳”升級，為“雙碳”目標下的水環(huán)境治理提供可持續(xù)解決方案。

5.2. 建議

（1）建立通用模塊庫，減少異形池體定制成本，推動參數(shù)化設計工具，實現(xiàn)“水質參數(shù)—模塊組合”自動生成，縮短設計周期。

（2）研發(fā)耐腐蝕密封材料，適配于不同形式污水的腐蝕性，延長節(jié)點壽命，跟蹤探傷檢測。

（3）部署數(shù)字化，跟蹤裝備節(jié)點溫濕度、腐蝕性，實時監(jiān)測應力、滲漏等數(shù)據(jù)，提升預警準確性。

（4）結合光伏發(fā)電、污泥沼氣利用，打造“零碳裝配式水廠”。