摘要：

在“雙碳”目標與水質標準持續提升的雙重驅動背景下，傳統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。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場承插式快速組裝的創新模式，實現建設流程的全面重構。結合工程實踐，系統深入地剖析其核心原理、技術優勢、關鍵工藝及典型應用場景，充分論證該技術在城鎮污水提標改造中的適用性，為行業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，全國范圍內污水處理廠提標改造工作全面展開。國內眾多地區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。

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

更為棘手的是，多數污水廠地處于城市建成區，擴建空間極為有限，必須在原址實現“提標不降處理規模”的目標。施工期間產生的噪聲、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，給城鎮水環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化思維重構建設流程，實現“標準模塊設計”—“工廠預制加工”—“項目現場拼裝”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）是指將傳統污水處理廠的各類構筑物，如事故調節池、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場進行組裝，并連接設備、管線等污水處理配套及附屬系統，最終建成完整的污水處理廠。

承插裝配式技術創新性地采用“榫卯+高強螺栓”節點設計。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在工廠預制為標準化構件，運至現場后進行快速拼接，從而形成完整的處理系統。

2.2.  核心原理

預制構件標準化：運用模數化設計理念，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，為現場組裝奠定基礎。

現場快速組裝：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現澆工藝中模板支護與混凝土養護等繁瑣工序，大大提供了建設施工效率。

2.3.  技術特點

2.3.1. 建設效率

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

2.3.2.  低碳建造

在建設階段，碳排放降低40%-50%。由于減少現場混凝土澆筑與養護環節，而這一環節在傳統現澆混凝土施工工藝中占建設階段碳排放的60%，因此實現大幅的碳減排。構件工廠化生產損耗率＜3%，相比傳統現澆工藝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，充分體現了低碳環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定性。

（2）工廠預制和現場組裝：

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、水槽、填料支架等。運至現場后，僅需螺栓連接、拼接、灌漿，施工周期較傳統模式縮短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，節點承載力達到母材的90%以上，主體裝備施工安裝現場實現不動焊作業。預制墻板預留設備接口，如水、氣管口和儀表安裝支架，實現“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。

（3）質量可控：

在工廠內，構件精度誤差可嚴格控制在2mm以內，防腐涂層厚度均勻性提升50%。節點采用灌漿料+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

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

該工藝生化系統主體采用雙層同心圓結構，內環為二沉池，外環劃分為8~12個分區，可實現A²/O、多級AO、A²/O+AO、AOA等不同工藝靈活切換，能夠有效應對季節性和城市發展帶來的原水水量水質波動沖擊。與傳統活性污泥法相比，該工藝系統內碳源利用率提高20%—30%，總氮去除率提升15~20%。同時，內、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，大大減少內外回流能耗和建設成本。

3. 典型應用場景

四川某食品園區工業污水處理廠，原設計規模1萬m³/d，執行一級A標準，提標改造后，處理規模擴大至2萬m³/d，執行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》工業園區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：

表1    圓形和方形不銹鋼承插裝配式水池參數

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，無需專業工具，主體現場組裝僅需3天，從工廠生產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（預埋螺栓調節板）、裝備模塊生產（工廠預制）→現場吊裝、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、焊接裝備式和傳統現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、回收率上優勢顯著，最適合“雙碳”目標下的提標改造。承插式節點密封性和抗震性優于焊接，且工廠預制精度更高；傳統現澆初期成本低，但長期維護費用高。

城鎮建成區提標改造、敏感區域（需快速施工+低干擾），優先選擇承插裝配式。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。傳統現澆形式，適于地質復雜或超大規模型新建污水廠。

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、工廠預制生產和現場拼接組裝的創新模式，在建設效率、低碳建排、空間利用率等方面超越傳統現澆工藝，尤其適合城鎮建成區的提標改造需求。

（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不停產改造。

（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”目標下的水環境治理提供可持續解決方案。

5.2. 建議

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

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

（3）部署數字化，跟蹤裝備節點溫濕度、腐蝕性，實時監測應力、滲漏等數據，提升預警準確性。

（4）結合光伏發電、污泥沼氣利用，打造“零碳裝配式水廠”。