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(1)给水供应系统没有固定的形式,设计时应根据用户的要求,结合室外给水系统的实际情况经技术经济比较或采用综合评判法确定供水方式。
(2)高层住宅内为解决上部供水不足增设了增压设备,目前常采用调节水箱和变频供水设备加压供水,加压设备为全自动系统以减少运行管理费用。
(3)住宅内生活用热水多采用电浴热水器、太阳能热水器及锅炉集中供热等方式供给。电加热系统和太阳能热水器供应系统在住宅设计中较多采用,所以在设计时仅在给水管上预留安装热水供应设施的接口,或每户设计独立的热水管道系统由住房自行解决热源[1]。
1.2给水设计的关键因素:
(1)适当增设单体建筑户外控制阀门:传统的住宅给水设计是在每一根立管的底层出地面处设切断阀门,而经济房户外小区内则是一个建筑楼群组共用一个地下控制阀门。
(2)适当增设单体建筑户体控制阀门:立管底部的给水阀门不可少,其目的主要是为了当底层住户发现下水管堵塞引起地面冒水时,可以及时关闭给水总阀,减少排污量。
(3)注意室外阀门的安装型式:室外安装的阀门大部分都是口径为Dg75以上的截止阀或闸板问或蝶阀,一般均是法兰安装,而且有国家标准图。需要注意的一个问题是,这些装于地下的阀门一旦损坏时如何更换。
(4)给水管道压力超过0.3~0.4MPa且管径≤20mm及管路较长时,管道会产生啸叫和振动,这主要由高速水流动力与管道系统产生共振所致。综合防治措施有适当加大管径、采用曲挠橡胶接头、支架与管道接触处加橡胶垫以及加装减压阀等。但注意减压阀本身也有噪音,要经反复调试,使噪音减至最小[2]。
2.排水系统的设计
2.1排水工程的注意事项:
(1)对于多层住宅,目前设计多采用底层污水单独出户,以避免因堵塞造成的一层泛水的难堪局面,减少邻里的矛盾。二层以上采用排水伸顶通气立管。
(2)底层卫生器具的排水管道不接到排水立管上为好,应单独排出。对满足不了上述要求的排水支管,应以单独的排出管排到室外检查井。
(3)住宅设计中不仅设计雨水系统,同时还设计室调冷凝水管收集每户安设空调板上的冷凝水,这样不仅使建筑物外墙美观,而且避免了空调冷凝水随意流放,影响楼下行人。
(4)地漏是排水管道系统中一个重要附件,功能是排除地面积水,设置在经常有水溅落的卫生器具附近地面(如浴盆、洗脸盆、小便盆、小便器、洗涤盆等)、地面有水需要排除的场所(如淋浴间、水泵房)或地面需要清洗的场所,住宅可用作洗衣机排水口,设计选用高水封防臭地漏[3]。
2.2排水工程的关键因素:
(1)地漏与存水弯的配合:规范上没有规定排水地漏一定要设存水弯,但这确实能影响用户的使用。全国通用给水排水标准图集上将带水封的圆形钟罩式地漏分为了甲、乙、丙、丁四种,虽然标准图上对存水部分的高度都作了具体规定,但都有一个存水量小,水封易因水的蒸发而被破坏的毛病。且往往制造和安装时还达不到设计的要求。
(2)室内排水管最小管径:一般讲,污水池、小便器(槽)等器具的排出管最小管径为DN32~50,而含有粪便污水的最小管径为DN100。通过观察后认为这各种规定只适用于楼面排水,而不适用于地面排水。原因如下:DN32-50的管径较小,容易堵塞,且不易疏通(疏通器在其内不易拐弯)。
(3)对于多层住宅,目前设计多采用底层污水单独出户,以避免因堵塞造成的一层泛水的难堪局面,减少邻里的矛盾。二层以上采用排水伸顶通气立管。对住宅建筑底层设架空层、商场或商铺的情况,上部排水立管必须在底层进行转换,以不影响底层的使用功能。
(4)排水管道噪音问题。排水管的水流呈不充盈和重力流状态,噪音难免,且受管道材质影响。试验资料表明,DN100管道流量为2.7L/s时铸铁管噪音值为46.5dB,PVC-U管噪音值为58dB,故在要求安静的高档房间内(睡房除外),宜选用柔性连接铸铁管。新产品芯层发泡隔音PSP管,隔音效果好,价格略贵,也可选用。
3.节水技术
针对不同功能的建筑可采用不同的节水对策和技术:在经济房建设中,应改进马桶的冲洗方式,减少冲洗水量,加强水的循环利用。
(1)减少马桶冲洗水量目前,我国普遍采用冲水量≥11L的坐便器,耗水量大。若根据建设部的规定,全部使用冲水量≤9L的马桶,则住宅可节水4%,宾馆、饭店可节水3%,办公楼可节水11%[4]。
(2)厨房、沐浴、盥洗的节水厨房的洗涤盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龙头若采用充气水嘴,可节水且不减小水柱的直径。
(3)真空节水技术为了保证卫生洁具及下水道的冲洗效果,可将真空技术运用于排水工程,用空气代替大部分水,依靠真空负压产生的高速气水混合物,快速将洁具内的污水、污物冲吸干净,达到节约用水、排走污浊空气的效果。一套完整的真空排水系统包括:带真空阀和特制吸水装置的洁具、密封管道、真空收集容器、真空泵、控制设备及管道等。真空泵在排水管道内产生40~50kPa的负压,将污水抽吸到收集容器内,再由污水泵将收集的污水排到市政下水道。在各类建筑中采用真空技术,平均节水超过40%。若在办公楼中使用,节水率可超过70%[5]。
(4)在住宅中,由于大量的沐浴及盥洗水,应考虑将其经适当处理后供生活杂用及补充冷却水,主要包括厕所冲洗、园林灌溉和道路保洁等。推荐的中水处理工艺为:原水机械格栅毛发过滤器调节池混凝过滤活性炭吸附消毒中水池[中水泵中水屋顶水箱专用水管系统(水表)用水点]。
4.结束语
经济住宅建筑的给排水管道系统看似简单,但确与我们的生活息息相关,关系到了人民的生命安全、身心健康,应引起设计人员高度重视。要正确的选择系统的形式、节水且噪音低的卫生设备、合适的管材及附件,以满足人们对居室内环境的要求。
在新世纪,建筑给排水将担负新的历史重任,面临新的挑战。建筑给排水将更突出以人为本的原则,并将重点调整到民用建筑与工业建筑并重,公共建筑与居住建筑并重,冷水供应与热水供应并重,供水的水量、水压与水质并重等方向上来,走上全面、均衡、务实、安全的发展之路。
参考文献
[1]盛培基.给排水工程设计中的节能问题应引起重视[J].江西能源,2007,(3).
[2]刘中平.住宅给排水设计中几个问题的探讨[J].山西建筑,2007,(27).
[3]邱国均,戴陆洲.住宅给排水工程中若干问题的探讨[J].大众科学(科学研究与实践),2007,(11).
[4]杨天强.我国建筑给排水实用新技术[J].科技咨询导报,2007,(28).
Abstract:Accordingtothedefinitionofmunicipalwaterengineering,thispaperistoexplainmunicipalwaterengineering’soriginanddevelopmentinourcountry,andthecoresandthefutureofmunicipalwaterengineering.
Keywords:municipalwaterengineeringquantityofwaterpipingsystemprocessequipment
1.城市水工程学科的沿革
1.1水工程学科
水是人类生存、生活和生产不可代替的宝贵资源。人类生存离不开水,每人每天平均需要使用2~4L水。人们为了生活和生产的需要,由天然水体取水,经适当处理后,供人们生活和生产使用。用过的水又排回天然水体。一般天然水体都是一个生态系统,其依靠水体的自净能力,对排入的废弃物有一定的净化能力。但由于社会循环的水量不断增大,排入水体的废弃物已经超过的水体的自净能力,水体水质不断恶化,使得水体遭到污染。受到污染的水体,将丧失和部分丧失使用功能,从而影响水资源的可持续利用,并加剧水资源短缺的危机。
以水的自然循环的“水利工程”和以水的采集、净化、生产加工成商品水的“水工业”作为研究对象的学科,称之为水工程学科。水工程学科含盖了水的自然循环和社会循环,它主要包括服务于水的自然循环的“水利工程”和以水的社会循环为服务对象,为实现水的社会循环提供所需的工程建设、技术装备、运营管理和技术服务的“水工业”。
1.2城市水工程学科
“城市水工程学科”是以水的社会循环为研究对象,以水质为中心,研究其水质和水量的运动变化规律,以及相关的工程技术问题,在社会主义经济条件下,以实现良性社会循环和水资源的可持续利用为目标的工程技术学科。城市水工程学科是支持水工业的主干学科,它是以水工业发展中提出的问题特别是前沿课题为研究对象,以科技进步带动水工业发展和进步。
1.3城市水工程学科的沿革
给水排水工程学科是“城市水工程”学科的前身,它在我国建于20世纪50年代。那时中华人民共和国刚成立,为学习前苏联建设经验,提出“向苏联学习”的口号,所以也模仿前苏联的模式,建立了“给水排水工程”学科,在高等院校成立了“给水排水工程”专业。
建国后的前30年,但由于当时实行的“先生产,后生活”的发展方针,而“给水排水”被归入“生活”类,所以长期发展缓慢,大大滞后与国民经济的发展。
进入80年代,我国开始实行“改革开放”政策,国民经济开始了快速发展,相应的对水的需求成倍地增加,而我国是一个说资源短缺的国家,从而引起了供求之间的矛盾。同时,水污染治理滞后,大量城市污水和工业废水未经过处理直接排入水体,再加上农田化肥农药流失,使得水环境污染情况日益严重。
80年代以后,水环境污染程度不断加大,这与人对饮用水水质不断提高的要求之间的矛盾也日益增大,这样在水量和水质两个方面,水质矛盾就日益突出而上升成为主要矛盾。与此同时,以水的社会循环为主要研究对象,在水质和水量两个方面以水质为中心的“城市水工程”也孕育而生。
2.城市水工程学科内涵
城市水工程学科是以水质为中心,研究水质和水量的运动变化规律,以及相关的工程技术问题的学科,具体的说包括水资源的保护和利用、城市给水排水工程、水工艺设备及水工艺过程检测与控制等三大部分。
2.1水资源的保护和利用
广义的水资源是指地球上所有的水。不论它以何种形式、何种状态存在,都能够直接或间接的加以利用,是人类社会的财富,属于自然资源的范畴。狭义的水资源则认为水资源是在目前的社会条件下可被人类直接开发利用的水。而且开发利用时必须技术上可行、经济上合理且不影响地球生态,同时要考虑水量和水质的要求。
2.1.1水资源概况
广义的水资源是指地球上所有的水。通常所说的“水资源”是指陆地上可供生产、生活直接利用的江河、湖沼以及部分储存是地下的淡水资源,即“可利用的水资源”。从可持续发展的角度来看,水资源仅指一定地域内逐年可以恢复更新的淡水量,具体来说是指河川径流量表征的地表水资源,以及参与水循环的以底下径流量表征的地下水资源。对一定地域范围而言,水资源的量并不是恒定不变的,它随用水的目的与水质要求的不同、科学技术与经济发展水平的不同而变化。地球上的水通过不段的蒸发、降雨和径流的循环实现再生和更新。其循环的基本形式是自然循环和社会循环。
进入社会循环供人类使用的水,主要取自江河、湖泊和地下水。
地球上的总水量达14.6亿km3,但可为人类开发利用的淡水资源却有限;特别是现代工业发展对水资源的污染,加剧了“水质”型缺水。
2.1.2水资源的保护与管理
水资源的保护与管理的目的实现水资源可持续开发利用、保护水生态环境的良好状态,促进社会经济的不段发展。
水资源保护的内涵是采取法律、行政、经济、技术等综合措施,对水资源实行积极的保护与科学管理:一方面对水量的合理取用及对其补给源的保护,包括对水资源的开发利用的统筹规划、涵养及保护水源、科学合理用水、节约用水、提高用水效率等;另一方面是对水质的保护,包括制定有关法规和标准、进行水质调查、监测和评价、制定水质规划、治理污染等。
水资源管理就是运用行政、法律、经济、技术和教育等手段,合理开发利用水资源,协调水资源的开发利用与社会经济发展之间的关系,处理各地区、各部门之间的用水矛盾;监督并限制各种危害水资源的行为;保护水资源的水量及水质供应,以满足社会现实可持续发展对水资源的要求。
2.2市政给水排水工程
市政给排水工程是市政水工程所研究的主要内容,它包括居民生活用水、城市生产用水、其他市政用水、各种来源和形式的污水与废水及各种水的处理、净化和排放。市政给排水工程含盖了市政水质工程、市政管网系统工程和建筑给水排水系统工程三大块。
2.2.1市政水质工程
2.2.1.1水质工程简述
市政水质工程又可分为市政给水水质工程和市政排水水质工程两部分。市政给水水质工程主要是对从水源取来的水进行相应的处理,使得经过处理后的水符合相应的用水水质标准;市政排水水质工程是对收集的污(废)水进行处理,使经过处理后的水达到污(废)水排放标准。
市政水质工程对水的处理一般采用物理方法、化学方法、物理化学处理方法和生物处理方法。物理一般方法有格栅和筛网拦截、混凝和絮凝、沉淀、气浮、吸附、粒状材料过滤以及曝气和吹脱等;化学方法有电解、化学沉淀、酸碱中和、氧化还原等;物理化学方法有离子交换、电渗析、反渗透和纳滤、超滤和微滤等;生物处理方法有好氧生物处理方法和厌氧生物处理方法等。
2.2.1.2水及污、废水的处理工艺
对每一项水质指标一般都有一种或几种处理方法可供选择。但是,有时一项水质指标只有采用几种处理方法的组合才能达到水质标准的要求,这种组合称为处理工艺。在具体情况下,如果有几种水质项目需要处理,就需要采用多种处理方法进行组合,从而形成相应的处理工艺。
当城市以轻度污染的河水为水源时,水中除了浑浊度和细菌学指标不符合标准要求外,水中有机物也常不符合要求,为除去水中有机物,特别是种类繁多的微量有机物,和在混凝、沉淀、过滤之后,增设臭氧氧化和粒状活性炭吸附的处理方法,或在混凝投药之前增设生物预处理,或在混凝投药前后向水中投加氧化剂或粉末活性炭,经过处理后的水中微量有机物指标便可符合水质标准要求。
城市以含铁井水为水源时,一般水的含铁量和细菌学指标不符和要求。对此可以通过曝气和沉淀过虑去除二价铁。向滤后水加氯进行消毒,便可使水的细菌学指标符合标准要求。
对城市生活污水的处理,主要是降低水中的有机物含量和杀灭水中细菌。一般多采用生物处理的方法对污水进行处理,处理后的水在排放前加氯消毒。城市工业废水的处理,要针对废水的性质,即要降低有机物含量,又要使其他对人体有害的物质达到排放标准。
2.2.2市政管网系统工程
市政管网系统工程由管道和相应附属构筑物组成。管道承当水的输送任务;附属构筑物则起水压提升、水量调控以及污(废)水和雨水的收集等作用。市政管网系统工程分为市政给水管道系统和市政排水管道系统。
2.2.2.1市政给水管道系统
市政给水管道系统的任务是水的提升、水的输送和分配及水量的调节。其组成包括输水管(渠)道、配水管网、泵站、水量调节构筑物和给水管道系统上的附属构筑物。
市政给水管道系统的总体布局,可分为统一供水系统、分质供水系统、分区供水系统和区域供水系统;配水管网的布置是在给水系统总体布局基础上进行的,基本形式有树状网和环状网。输水管(渠)选线及布置在保证按安全送水和满足用户用水要求是前提下,充分利用重力流送水,以节省工程造价;同时要尽量不穿越如河谷、铁路等障碍。给水管道系统设计的内容包括流量计算、配水管网中的管段设计流量计算、管径计算、管道系统水力计算、水泵扬程计算和给水管道系统优化计算。
2.2.2.2市政排水管道系统
市政排水管道系统的任务是将城市的污(废)水和降水按要求进行收集并输送到污水厂或天然水体,其主要由污水支管、干管、主干管、雨水支管、雨水干管和排水管道系统上的附属构筑物组成。
市政排水管道系统的体制有合流制和分流制两种基本形式。前者又分为完全合流制和部分合流制。新建的城区只能采用分流制,在旧城改造过程中,对改造难度大的可以将原来的合流制改造为部分合流制。排水管道系统设计的内容包括污(废)水和雨水流量计算、流速设计、最小管径计算、最小坡度设计及覆土厚度计算。
2.2.3建筑给水排水系统工程
建筑给水排水系统工程是城市水工程学科的重要内容。从组成上将,它是给水系统工程的末端和排水系统工程的起端;从水质控制上将,建筑给水排水系统工程是关键性工程措施之一。为保证人们在节约用水的前提下,能用到安全优质的水和排放不致污染过分的水,建筑给水排水系统工程的设备和装置起重要的作用,因为它们是人们直接的用水点和排水点。
2.2.3.1建筑给水系统工程
建筑给水系统工程要保证供水安全可靠、管理修理方便的同时,要力求工程投资量最小;而满足用户对水的水量、水质和水压要求是建筑给水系统工程的核心要求。
建筑给水系统工程一般由引入管、干管、主管、支管和用水设备组成。按用途不同可分为生活给水系统、生产给水系统和消防给水系统三类。给水方式有直接给水方式,设有水箱的供水方式,设水泵的给水方法,设水泵、畜水池、高位水箱联合供水方式和设气压给水装置的供水方式。供水方式的选择原则是:保证供水安全可靠,管理维修方便,在满足用户用水要求的前提下,力求给水系统简单,造价最省;充分利用市政管网直接供水。
建筑消防系统工程作为建筑给水的重要组成部分,应根据消防用水的要求供水。特别是现代建筑中的高层建筑和高层建筑群的消防系统,正在成为人们研究的重点。
2.2.3.2建筑排水系统工程
建筑排水系统工程按排除污、废水的类别分为生活污水排水系统、工业废水排水系统和建筑雨水排水系统。三类排水系统可按需要独立设置或合并设置,分别称为建筑合流排水系统或建筑分流排水系统。独立设置或分流设置主要考虑的因素是:污、废水的性质、污染程度、城市排水系统的体制以及综合利用是可能性与处理要求等。同时,排水系统应该有通气管,将排水管道中的有害气体及时排至建筑物外。
2.3水工艺设备及水工艺过程检测与控制
2.3.1水工艺设备
2.3.1.1水工艺设备概述
水工艺设备,是以水质为核心的水工艺和工程的重要组成部分。它是保证水质、提高水处理效率、降低制水成本的关键。现代化的水工艺与工程,应在精密、高效、节约动力和原材料、运行稳定的设备方面体现出来。
水工艺设备分通用设备、专用设备和一体化设备三大类。通用设备主要有各类阀门、泵和风机。
2.3.1.2水工艺专用设备
水工艺专用设备可分为物化处理设备和生化处理设备。
在水处理工艺中,通过物理、化学、或物理化学作用去除水中某些特定物质或承当整个水处理工艺中某一特定任务的设备,称物化处理设备。
水工艺中常用的物化处理设备有:拦污机械设备,排泥、排沙设备,撇油、撇沙设备,污泥浓缩脱水设备,搅拌设备,气浮设备,投药设备,消毒设备,过滤设备,离子交换设备,膜处理设备等。
生化处理设备主要有曝气设备和生物转盘。
水工艺一体化设备分小型一体化净水设备和小型一体化污水处理设备。
小型一体化净水设备是以地面水为水源,将混凝、沉淀、过滤三个净水单元合理地组合与同一设备内,再配以加药、消毒即可成为一个完整的小型净水设备。它适用于水量较小,远离城市供水系统以外的区域。一体化净水设备混凝、沉淀、过滤三个净水单元可根据不同原水水质及处理水量采用不同型式,但原则是:体积小,效率高。
小型一体化污水处理设备多用于生活污水的处理。由于生活污水可生化性强,采用生物处理比较经济有效,故基本都采用生物处理工艺。根据处理工艺流程的不同小型一体化污水处理设备可分为压力式污水生物处理设备、间歇式污水生物处理设备和地埋式污水生物处理设备。
2.3.2水工艺过程检测与控制
水工艺过程检测分水质检测、水工艺参数检测和水工艺设备运行参数检测。
水质检测的目的是为了水处理工艺过程的控制提供依据,并保证处理后的水质达到预期的要求和规定的水质标准,掌握水处理设备运行是状况。水质检测包含物理性检测、化学性检测和生物性检测。
水工艺参数检测的目的主要是为了保证水工艺过程运行正常,为生产操作、运行控制以及管理提供依据。水工艺参数检测主要包括:水力特征参数的检测;气体特性参数检测;以及其他工艺参数检测。
3.城市水工程学科的未来
在水及污、废水处理技术方面,水处理的新方法和新工艺正随着高新技术的发展,随着对水质是要求的不段提高,随着对水处理系统的经济性、可靠性、安全性的要求不断提高,而不断发展和不断更新。
研制多功能高效、廉价的新的水处理药剂,是当前的一个热点。在混凝剂、絮凝剂方面,过去主要用与除浊,但现在因水质污染、水中有机物增多,所以要求研制出即能高效除浊,又能高效去除有机物的新型混凝剂和絮凝剂。目前,研制新型无机高分子混凝剂、新型有机高分子絮凝剂以及各种复合混凝剂,是该领域的发展动向。氯消毒产生的消毒副产物读人体健康构成危害,研制安全有效的新型消毒剂以取代氯,是消毒技术发展的一个方向。
在氧化剂方面,目前正在开发的高级氧化技术,如催化氧化技术、二氧化钛催化氧化技术等,能提高氧化剂是氧化能力,特别是能产生比上述氧化剂强的中间产物—自由基。
膜技术近年发展非常迅速。膜几乎可以去除水中的一切杂质,研制低价的微滤膜和超滤膜,用微滤和超滤取代城市水厂常规水处理工艺,可以不向水中投药或少投药,减少投药对水质带来的影响,处理水质可以得到进一步,并便于实现水厂自动化,这是水处理技术今后发展的一个方向。
生物技术是当展最迅速的一个领域。利用生物技术对微生物进行分离、纯化,得到处理所需的微生物群落和利用基因工程处理微生物,得到处理某些污水的高效菌种这两个方面,都将大大推动生物法处理水技术的进步。
水及污、废水处理设备与工艺方面,主要是改进专用设备的安全性和提高设备的使用效率和成套及一体化设备的研究。如由于废水资源化和水回用的要求,要开发废水深度处理设备(如膜法、臭氧法、活性碳法及微过滤技术)和新型消毒装备。安全饮用水技术设备:包括水源水微污染处理技术和设备;乡镇和中西部地区饮水净化设备;节水技术设备等。用于轻工、食品、饮料、医药、发酵、屠宰加工领域的中、高浓度有机废水处理设备。根据市场需求,要重点发展升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧复合滤地、好氧生物流化床及折流式厌氧生物处理反应器等技术设备。近几年来,我国合资的啤酒厂和可口可乐厂,大多引进了国外的升流式厌氧污泥床反应器组件和沼气燃烧系统,而国内的水处理环保企业,还很少有能力提供此类定型组件和沼气系统设备。开发造纸废液有效的处理设备。为了控制水污染急剧发展,国家不得不下令关闭大批小造纸厂,以改变一个纸厂污染一条河道的局面。但大中型的造纸厂,特别是草浆废水的治理,应着力研制可行的技术装备。还有表面处理废水、废液及有色金属等矿冶炼废水处理设备;含油废水处理设备;油田水净化设备;煤矿地下水及高浊度含盐废水处理净化设备等,都需要在优化现有处理设备基础上,开发定型设备。开发多功能组合式水处理设备等。
城市水工程施工与经济是城市水工程学科是最重要的外延。城市水工程学科的各个方面都具有很强的使用性,水的开发、净化、供给、保护、利用和再生都与经济直接相连。在水工程项目方案评价、决策及项目建设、管理方面将有长足发展。
主要参考资料:
1.李圭白主编《城市水工程概论》中国建筑工业出版社
2.李广贺主编《水资源利用与保护》中国建筑工业出版社
Abstract:Accordingtothedefinitionofmunicipalwaterengineering,thispaperistoexplainmunicipalwaterengineering’soriginanddevelopmentinourcountry,andthecoresandthefutureofmunicipalwaterengineering.
Keywords:municipalwaterengineeringquantityofwaterpipingsystemprocessequipment
1.城市水工程学科的沿革
1.1水工程学科
水是人类生存、生活和生产不可代替的宝贵资源。人类生存离不开水,每人每天平均需要使用2~4L水。人们为了生活和生产的需要,由天然水体取水,经适当处理后,供人们生活和生产使用。用过的水又排回天然水体。一般天然水体都是一个生态系统,其依靠水体的自净能力,对排入的废弃物有一定的净化能力。但由于社会循环的水量不断增大,排入水体的废弃物已经超过的水体的自净能力,水体水质不断恶化,使得水体遭到污染。受到污染的水体,将丧失和部分丧失使用功能,从而影响水资源的可持续利用,并加剧水资源短缺的危机。
以水的自然循环的“水利工程”和以水的采集、净化、生产加工成商品水的“水工业”作为研究对象的学科,称之为水工程学科。水工程学科含盖了水的自然循环和社会循环,它主要包括服务于水的自然循环的“水利工程”和以水的社会循环为服务对象,为实现水的社会循环提供所需的工程建设、技术装备、运营管理和技术服务的“水工业”。
1.2城市水工程学科
“城市水工程学科”是以水的社会循环为研究对象,以水质为中心,研究其水质和水量的运动变化规律,以及相关的工程技术问题,在社会主义经济条件下,以实现良性社会循环和水资源的可持续利用为目标的工程技术学科。城市水工程学科是支持水工业的主干学科,它是以水工业发展中提出的问题特别是前沿课题为研究对象,以科技进步带动水工业发展和进步。
1.3城市水工程学科的沿革
给水排水工程学科是“城市水工程”学科的前身,它在我国建于20世纪50年代。那时中华人民共和国刚成立,为学习前苏联建设经验,提出“向苏联学习”的口号,所以也模仿前苏联的模式,建立了“给水排水工程”学科,在高等院校成立了“给水排水工程”专业。
建国后的前30年,但由于当时实行的“先生产,后生活”的发展方针,而“给水排水”被归入“生活”类,所以长期发展缓慢,大大滞后与国民经济的发展。
进入80年代,我国开始实行“改革开放”政策,国民经济开始了快速发展,相应的对水的需求成倍地增加,而我国是一个说资源短缺的国家,从而引起了供求之间的矛盾。同时,水污染治理滞后,大量城市污水和工业废水未经过处理直接排入水体,再加上农田化肥农药流失,使得水环境污染情况日益严重。
80年代以后,水环境污染程度不断加大,这与人对饮用水水质不断提高的要求之间的矛盾也日益增大,这样在水量和水质两个方面,水质矛盾就日益突出而上升成为主要矛盾。与此同时,以水的社会循环为主要研究对象,在水质和水量两个方面以水质为中心的“城市水工程”也孕育而生。
2.城市水工程学科内涵
城市水工程学科是以水质为中心,研究水质和水量的运动变化规律,以及相关的工程技术问题的学科,具体的说包括水资源的保护和利用、城市给水排水工程、水工艺设备及水工艺过程检测与控制等三大部分。
2.1水资源的保护和利用
广义的水资源是指地球上所有的水。不论它以何种形式、何种状态存在,都能够直接或间接的加以利用,是人类社会的财富,属于自然资源的范畴。狭义的水资源则认为水资源是在目前的社会条件下可被人类直接开发利用的水。而且开发利用时必须技术上可行、经济上合理且不影响地球生态,同时要考虑水量和水质的要求。
2.1.1水资源概况
广义的水资源是指地球上所有的水。通常所说的“水资源”是指陆地上可供生产、生活直接利用的江河、湖沼以及部分储存是地下的淡水资源,即“可利用的水资源”。从可持续发展的角度来看,水资源仅指一定地域内逐年可以恢复更新的淡水量,具体来说是指河川径流量表征的地表水资源,以及参与水循环的以底下径流量表征的地下水资源。对一定地域范围而言,水资源的量并不是恒定不变的,它随用水的目的与水质要求的不同、科学技术与经济发展水平的不同而变化。地球上的水通过不段的蒸发、降雨和径流的循环实现再生和更新。其循环的基本形式是自然循环和社会循环。
进入社会循环供人类使用的水,主要取自江河、湖泊和地下水。
地球上的总水量达14.6亿km3,但可为人类开发利用的淡水资源却有限;特别是现代工业发展对水资源的污染,加剧了“水质”型缺水。
2.1.2水资源的保护与管理
水资源的保护与管理的目的实现水资源可持续开发利用、保护水生态环境的良好状态,促进社会经济的不段发展。
水资源保护的内涵是采取法律、行政、经济、技术等综合措施,对水资源实行积极的保护与科学管理:一方面对水量的合理取用及对其补给源的保护,包括对水资源的开发利用的统筹规划、涵养及保护水源、科学合理用水、节约用水、提高用水效率等;另一方面是对水质的保护,包括制定有关法规和标准、进行水质调查、监测和评价、制定水质规划、治理污染等。
水资源管理就是运用行政、法律、经济、技术和教育等手段,合理开发利用水资源,协调水资源的开发利用与社会经济发展之间的关系,处理各地区、各部门之间的用水矛盾;监督并限制各种危害水资源的行为;保护水资源的水量及水质供应,以满足社会现实可持续发展对水资源的要求。
2.2市政给水排水工程
市政给排水工程是市政水工程所研究的主要内容,它包括居民生活用水、城市生产用水、其他市政用水、各种来源和形式的污水与废水及各种水的处理、净化和排放。市政给排水工程含盖了市政水质工程、市政管网系统工程和建筑给水排水系统工程三大块。
2.2.1市政水质工程
2.2.1.1水质工程简述
市政水质工程又可分为市政给水水质工程和市政排水水质工程两部分。市政给水水质工程主要是对从水源取来的水进行相应的处理,使得经过处理后的水符合相应的用水水质标准;市政排水水质工程是对收集的污(废)水进行处理,使经过处理后的水达到污(废)水排放标准。
市政水质工程对水的处理一般采用物理方法、化学方法、物理化学处理方法和生物处理方法。物理一般方法有格栅和筛网拦截、混凝和絮凝、沉淀、气浮、吸附、粒状材料过滤以及曝气和吹脱等;化学方法有电解、化学沉淀、酸碱中和、氧化还原等;物理化学方法有离子交换、电渗析、反渗透和纳滤、超滤和微滤等;生物处理方法有好氧生物处理方法和厌氧生物处理方法等。
2.2.1.2水及污、废水的处理工艺
对每一项水质指标一般都有一种或几种处理方法可供选择。但是,有时一项水质指标只有采用几种处理方法的组合才能达到水质标准的要求,这种组合称为处理工艺。在具体情况下,如果有几种水质项目需要处理,就需要采用多种处理方法进行组合,从而形成相应的处理工艺。
当城市以轻度污染的河水为水源时,水中除了浑浊度和细菌学指标不符合标准要求外,水中有机物也常不符合要求,为除去水中有机物,特别是种类繁多的微量有机物,和在混凝、沉淀、过滤之后,增设臭氧氧化和粒状活性炭吸附的处理方法,或在混凝投药之前增设生物预处理,或在混凝投药前后向水中投加氧化剂或粉末活性炭,经过处理后的水中微量有机物指标便可符合水质标准要求。
城市以含铁井水为水源时,一般水的含铁量和细菌学指标不符和要求。对此可以通过曝气和沉淀过虑去除二价铁。向滤后水加氯进行消毒,便可使水的细菌学指标符合标准要求。
对城市生活污水的处理,主要是降低水中的有机物含量和杀灭水中细菌。一般多采用生物处理的方法对污水进行处理,处理后的水在排放前加氯消毒。城市工业废水的处理,要针对废水的性质,即要降低有机物含量,又要使其他对人体有害的物质达到排放标准。
2.2.2市政管网系统工程
市政管网系统工程由管道和相应附属构筑物组成。管道承当水的输送任务;附属构筑物则起水压提升、水量调控以及污(废)水和雨水的收集等作用。市政管网系统工程分为市政给水管道系统和市政排水管道系统。
2.2.2.1市政给水管道系统
市政给水管道系统的任务是水的提升、水的输送和分配及水量的调节。其组成包括输水管(渠)道、配水管网、泵站、水量调节构筑物和给水管道系统上的附属构筑物。
市政给水管道系统的总体布局,可分为统一供水系统、分质供水系统、分区供水系统和区域供水系统;配水管网的布置是在给水系统总体布局基础上进行的,基本形式有树状网和环状网。输水管(渠)选线及布置在保证按安全送水和满足用户用水要求是前提下,充分利用重力流送水,以节省工程造价;同时要尽量不穿越如河谷、铁路等障碍。给水管道系统设计的内容包括流量计算、配水管网中的管段设计流量计算、管径计算、管道系统水力计算、水泵扬程计算和给水管道系统优化计算。
2.2.2.2市政排水管道系统
市政排水管道系统的任务是将城市的污(废)水和降水按要求进行收集并输送到污水厂或天然水体,其主要由污水支管、干管、主干管、雨水支管、雨水干管和排水管道系统上的附属构筑物组成。
市政排水管道系统的体制有合流制和分流制两种基本形式。前者又分为完全合流制和部分合流制。新建的城区只能采用分流制,在旧城改造过程中,对改造难度大的可以将原来的合流制改造为部分合流制。排水管道系统设计的内容包括污(废)水和雨水流量计算、流速设计、最小管径计算、最小坡度设计及覆土厚度计算。
2.2.3建筑给水排水系统工程
建筑给水排水系统工程是城市水工程学科的重要内容。从组成上将,它是给水系统工程的末端和排水系统工程的起端;从水质控制上将,建筑给水排水系统工程是关键性工程措施之一。为保证人们在节约用水的前提下,能用到安全优质的水和排放不致污染过分的水,建筑给水排水系统工程的设备和装置起重要的作用,因为它们是人们直接的用水点和排水点。
2.2.3.1建筑给水系统工程
建筑给水系统工程要保证供水安全可靠、管理修理方便的同时,要力求工程投资量最小;而满足用户对水的水量、水质和水压要求是建筑给水系统工程的核心要求。
建筑给水系统工程一般由引入管、干管、主管、支管和用水设备组成。按用途不同可分为生活给水系统、生产给水系统和消防给水系统三类。给水方式有直接给水方式,设有水箱的供水方式,设水泵的给水方法,设水泵、畜水池、高位水箱联合供水方式和设气压给水装置的供水方式。供水方式的选择原则是:保证供水安全可靠,管理维修方便,在满足用户用水要求的前提下,力求给水系统简单,造价最省;充分利用市政管网直接供水。
建筑消防系统工程作为建筑给水的重要组成部分,应根据消防用水的要求供水。特别是现代建筑中的高层建筑和高层建筑群的消防系统,正在成为人们研究的重点。
2.2.3.2建筑排水系统工程
建筑排水系统工程按排除污、废水的类别分为生活污水排水系统、工业废水排水系统和建筑雨水排水系统。三类排水系统可按需要独立设置或合并设置,分别称为建筑合流排水系统或建筑分流排水系统。独立设置或分流设置主要考虑的因素是:污、废水的性质、污染程度、城市排水系统的体制以及综合利用是可能性与处理要求等。同时,排水系统应该有通气管,将排水管道中的有害气体及时排至建筑物外。
2.3水工艺设备及水工艺过程检测与控制
2.3.1水工艺设备
2.3.1.1水工艺设备概述
水工艺设备,是以水质为核心的水工艺和工程的重要组成部分。它是保证水质、提高水处理效率、降低制水成本的关键。现代化的水工艺与工程,应在精密、高效、节约动力和原材料、运行稳定的设备方面体现出来。
水工艺设备分通用设备、专用设备和一体化设备三大类。通用设备主要有各类阀门、泵和风机。
2.3.1.2水工艺专用设备
水工艺专用设备可分为物化处理设备和生化处理设备。
在水处理工艺中,通过物理、化学、或物理化学作用去除水中某些特定物质或承当整个水处理工艺中某一特定任务的设备,称物化处理设备。
水工艺中常用的物化处理设备有:拦污机械设备,排泥、排沙设备,撇油、撇沙设备,污泥浓缩脱水设备,搅拌设备,气浮设备,投药设备,消毒设备,过滤设备,离子交换设备,膜处理设备等。
生化处理设备主要有曝气设备和生物转盘。
水工艺一体化设备分小型一体化净水设备和小型一体化污水处理设备。
小型一体化净水设备是以地面水为水源,将混凝、沉淀、过滤三个净水单元合理地组合与同一设备内,再配以加药、消毒即可成为一个完整的小型净水设备。它适用于水量较小,远离城市供水系统以外的区域。一体化净水设备混凝、沉淀、过滤三个净水单元可根据不同原水水质及处理水量采用不同型式,但原则是:体积小,效率高。
小型一体化污水处理设备多用于生活污水的处理。由于生活污水可生化性强,采用生物处理比较经济有效,故基本都采用生物处理工艺。根据处理工艺流程的不同小型一体化污水处理设备可分为压力式污水生物处理设备、间歇式污水生物处理设备和地埋式污水生物处理设备。
2.3.2水工艺过程检测与控制
水工艺过程检测分水质检测、水工艺参数检测和水工艺设备运行参数检测。
水质检测的目的是为了水处理工艺过程的控制提供依据,并保证处理后的水质达到预期的要求和规定的水质标准,掌握水处理设备运行是状况。水质检测包含物理性检测、化学性检测和生物性检测。
水工艺参数检测的目的主要是为了保证水工艺过程运行正常,为生产操作、运行控制以及管理提供依据。水工艺参数检测主要包括:水力特征参数的检测;气体特性参数检测;以及其他工艺参数检测。
3.城市水工程学科的未来
在水及污、废水处理技术方面,水处理的新方法和新工艺正随着高新技术的发展,随着对水质是要求的不段提高,随着对水处理系统的经济性、可靠性、安全性的要求不断提高,而不断发展和不断更新。
研制多功能高效、廉价的新的水处理药剂,是当前的一个热点。在混凝剂、絮凝剂方面,过去主要用与除浊,但现在因水质污染、水中有机物增多,所以要求研制出即能高效除浊,又能高效去除有机物的新型混凝剂和絮凝剂。目前,研制新型无机高分子混凝剂、新型有机高分子絮凝剂以及各种复合混凝剂,是该领域的发展动向。氯消毒产生的消毒副产物读人体健康构成危害,研制安全有效的新型消毒剂以取代氯,是消毒技术发展的一个方向。
在氧化剂方面,目前正在开发的高级氧化技术,如催化氧化技术、二氧化钛催化氧化技术等,能提高氧化剂是氧化能力,特别是能产生比上述氧化剂强的中间产物—自由基。
膜技术近年发展非常迅速。膜几乎可以去除水中的一切杂质,研制低价的微滤膜和超滤膜,用微滤和超滤取代城市水厂常规水处理工艺,可以不向水中投药或少投药,减少投药对水质带来的影响,处理水质可以得到进一步,并便于实现水厂自动化,这是水处理技术今后发展的一个方向。
生物技术是当展最迅速的一个领域。利用生物技术对微生物进行分离、纯化,得到处理所需的微生物群落和利用基因工程处理微生物,得到处理某些污水的高效菌种这两个方面,都将大大推动生物法处理水技术的进步。
水及污、废水处理设备与工艺方面,主要是改进专用设备的安全性和提高设备的使用效率和成套及一体化设备的研究。如由于废水资源化和水回用的要求,要开发废水深度处理设备(如膜法、臭氧法、活性碳法及微过滤技术)和新型消毒装备。安全饮用水技术设备:包括水源水微污染处理技术和设备;乡镇和中西部地区饮水净化设备;节水技术设备等。用于轻工、食品、饮料、医药、发酵、屠宰加工领域的中、高浓度有机废水处理设备。根据市场需求,要重点发展升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧复合滤地、好氧生物流化床及折流式厌氧生物处理反应器等技术设备。近几年来,我国合资的啤酒厂和可口可乐厂,大多引进了国外的升流式厌氧污泥床反应器组件和沼气燃烧系统,而国内的水处理环保企业,还很少有能力提供此类定型组件和沼气系统设备。开发造纸废液有效的处理设备。为了控制水污染急剧发展,国家不得不下令关闭大批小造纸厂,以改变一个纸厂污染一条河道的局面。但大中型的造纸厂,特别是草浆废水的治理,应着力研制可行的技术装备。还有表面处理废水、废液及有色金属等矿冶炼废水处理设备;含油废水处理设备;油田水净化设备;煤矿地下水及高浊度含盐废水处理净化设备等,都需要在优化现有处理设备基础上,开发定型设备。开发多功能组合式水处理设备等。
城市水工程施工与经济是城市水工程学科是最重要的外延。城市水工程学科的各个方面都具有很强的使用性,水的开发、净化、供给、保护、利用和再生都与经济直接相连。在水工程项目方案评价、决策及项目建设、管理方面将有长足发展。
主要参考资料:
1.李圭白主编《城市水工程概论》中国建筑工业出版社
2.李广贺主编《水资源利用与保护》中国建筑工业出版社
有些施工单位对于工程质量管理缺乏必要的重视,无法将质量管理工作落实到实处,往往将更多的精力放在了如何实现最大的经济效益,却忽略了工程质量的有效管理,不仅无法达到预期的效益,反而对工程质量和企业的发展都造成了巨大影响。
2给水工程规范化
管理制度不完善在给水工程建设过程中,通常由行政部门或者是相关的授权单位对施工企业进行管理,导致有些没有按照规定执行建设程序和没有及时办理相关手续的企业无法获得及时的监督与管理,为工程管理质量埋下一定的安全隐患。
3给水施工质量缺乏完善的标准以及质量责任的切实落实
我国社会经济以及给水工程建设的不断发展,人们对给水工程的质量检测标准也在不断提升。因此必须给水工程的质量检测标准不断走向完善,不然会导致质量检测标准不合时宜,不能够满足现代的城市给水工程建设的需求,造成项目工程质量得不到充分的保障。另外,质量责任得不到切实落实给水工程弊端之一,一旦存在质量问题,无从落实责任,对施工质量造成极其不利的影响。
4给水工程施工单位缺乏严格的质量管理
程序有的施工单位自身管理中存在着一定的缺陷,而且大部分单位都有将工程分包的现象,这就导致了工程施工过程中的现场管理与质量控制工作得不到有效保障。有些给水施工单位不具备相应的资质,在质保体系的建设方面不够完善,随意变更设计的现象也时有发生,对工程质量造成严重影响。
5缺乏完善的项目监督
管理机制监理人员在工程质量管理与控制方面有着十分重要的作用,但是一部分给水工程施工单位,却通过各种手段躲避或者拒绝监理人员的监督,使得工程质量无法获得有效保障。另外有些监理人员疏于职守,对施工单位缺乏严格的管理,造成了工程质量管理与监督的缺位,严重影响给水工程的长远发展。
二给水工程管理与质量控制的强化策略
1做好给水工程施工前的准备
第一,当签订给水工程施工合同以后,要根据施工设计图纸和工程施工现场的实际情况进行科学的施工组织设计,才能确保施工的有序进行。因此必须要熟悉了解施工图纸,对于施工现场的地下建筑物、电缆、光缆、天然气管道等分布情况要充分掌握,才能避免施工时对其产生的损坏。对于施工现场的技术人员要进行必要的技术交底,以此保证工程顺利开工。第二,材料的采购也是施工准备阶段一项很重要的工作,严把材料质量关对于工程质量有着十分重要的影响。在进行材料的选购时,要确保进场的材料具有符合国家规定和施工标准的合格证、检验报告等资料,尤其是管线材质,如果质量不好,则其抗压、抗渗能力就较差,这对于工程施工会产生严重的影响。在现场的项目管理人员要适当对材料进行抽检,确保进场的材料质量有充分保证。第三,做好测量放线工作。测量放线是否科学是影响工程施工质量的一个重要因素,如果数据不够准确,会导致管道的最终位置不符合图纸的设计要求,严重时甚至会产生倒坡现象。所以,给水工程施工施工之前必须落实交换桩的复测和保护工作,未经设计人员同意不能够擅自变更管道的走向。
2加强管道安装质量的检验
在市政给水工程的施工工程中,施工单位必须以设计方案为依据选用经过全面检验后的高质量的管道材料。因为在市政给水工程中,管道的使用年限的要求常规下要超过20年,因此必须严格检验于管道材料的抗压性以及抗渗性,避免在其使用过程中产生严重的质量问题,如变形或是渗漏等。市政给水工程管理中,给水管道是否遵循规范的安装流程进行安装,极大地影响着施工的质量水平,所以,施工单位必须加大好各项安装环节的质量监控,特别是对柔性管敷设问题的监控,必须将环刚度以及荷载等因素进行综合分析,进一步提升管道安装的质量水平。
3严格执行国家相关质量检验标准
作为国家重点监管的城市建设项目的市政给水工程,根据国家要求,必须严格执行国家相关质量检验标准。在管理与监控市政给水工程的施工质量时,质检人员必须深入把握并理解国家有关的质量标准,严格的监督并管理对工程施工的全过程。在市政给水工程的施工工程中,假如发现偷工减料或者是违规操作的状况,质检人员必须马上制止,同时向工程管理部门反映,促使相关人员尽快进行制定改进措施以及整改方案的制定。
4逐步建立统一的施工质量监理标准
现阶段国内的市政给水工程的施工监理制度不够完善,监理人员缺乏专业技术,导致城市难以形成一个规范的施工质量监理标准。市政给水工程的监理人员必须在归纳并总结各项目的施工监理经验,与专业人士进行进行积极的沟通与交流,共同探讨并深入研究,进而制定出与国内市政给水工程施工监理现实相符的规范的行业标准,同时进行积极推广,将统一的行业标准推广到各施工单位好排水工程监理单位之中,进而使给水行业朝着可持续科学发展的方向不断前进。
二、加强给排水工程的预算和施工管理
(一)科学设计给排水工程科学合理的工程设计对工程预算的编制和对施工管理都具有重要的指导作用。给排水工程设计的合理性直接决定着其在工程投入开展中的指导作用。首先,在设计给排水系统时,相关设计人员应该全面考虑工程的技术可行性和经济性,避免片面追求工程的可行性和安全性而导致工程造价不切实际的现象。其次,在我国现有的工程设计费用计算方法的基础上,对其进行进一步的完善,使其更好地体现工程造价预算的价值。
(二)逐步完善法律体系随着法制观念在我国的不断推广,运用合同或国家法律武器维护权益成为了多数企业保护经济效益最大化的方法。首先,逐步完善我国招投标的相关法律,大力推行项目招标制度,加大招标过程的公开透明度,尽量避免各种暗箱操作导致工程造价偏高。其次,在招标前进行市场调查,针对施工所需原材料建立完善的价格体系,对市场价格走势做出合理的预测,以便于在招标过程中掌握主动权。再次,在与承包方签订合同时,避免片面地沿用不全面的统一合同文本,应在现有合同文本的基础上对其进行进一步的完善后在使用。且在进行合同签订时,保证对合同做到字字斟酌,保证在合同履行过程中实现风险最小化和利益最大化。
(三)增强施工方的工程质量意识首先,在招标前加强对各个承包方基本情况的了解,建立承包方的基本信息库,对信誉度不高的施工方给予及时的排除。其次,在确定施工方后,积极帮助其提高作为施工方的责任感,帮助其认识到科学的给排水系统对人类的贡献,以及劣质的给排水系统给人民带来的安全隐患,提高施工方的给排水工程质量控制意识。最后,收集各种反面例子,告知施工方反面例子所需要承担的法律责任,使施工方在施工过程中警钟长鸣。
(四)完善监管体系逐步完善工程的监管体系。首先,加强与施工方的交流,识穿各种对外挂靠现象,绝不使用资质不够的施工方,同时强化总承包商对每一个项目分支的监管意识。其次,监理人员全面跟进给排水的施工过程,避免各种擅自修改设计方案、擅自更换安装材料的现象。再次,监管人员在对施工过程的监管过程中,善于利用合同等法律武器保护自身合法权益,对于各种偷工减料的行为决不姑息,以此对施工方达到警示的作用。
根据本工程特点,输水管材采用PE管材,管径壁厚比SDR13.6,最大内压力1.25MPa。根据该管材的特性及类似工程的使用情况,该类型完全符合本工程的设计需要,采用管径壁厚比SDR13.6,最大内压力1.25MPa的PE管做为本工程的输水管管材。PE管的连接方式采用热熔对接。采用重力输水方式,在水库常年运行水位下,输水管作用水头为70m。循环经济园区要求水头不小于20m,经计算De450、De500的管径均满足设计要求,以投资较少的原则,本工程选取De450的PE100管道。
1.2输水管结构复核
通过计算确定管径后,要进行详细的输水管结构复核。1)采用《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》(CJJ101-2004),可得水锤压力的计算公式:P=vaga=1rwg(1k+cEpdien槡)式中:Ep为管材的弹性模量,可取900MPa(20℃);c为管端固定度,可取值0.75~0.10。本设计取0.8;k为水的体积模量,取2200MPa;rw为水的重力密度,取10kN/m3;v为取平均流速,即1.30m/s;g为重力加速度,取9.81m/s2。计算结果:因为管道标准尺寸比SDR取13.6,所以di/en=(dn-2en)/en=13.6-2=11.6。2)设计管道内压力P设计的计算采用《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》(CJJ101-2004),公式如下:P=γh式中:P为管道的内水压力;γ为水的容重,一般取9.81kN/m3;h为测压管水头;测压管水头最大值为hmax=校核洪水位-管道末端高程-管道总水头损失,由以上材料值校核洪水位为173.53m,管道末端高程为97.31m,DN450的总水头损失为35.46,所以hmax为40.76m。pmax=9.81×40.63=0.400MPa,管道设计压力等于管道内最大瞬时压力与水锤压力之和,P设计=pmax+p水锤=0.793≤1.2MPa。本次所选管材满足最大管道内压力。3)聚乙烯管道的结构计算。根据《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》(CJJ101-2004)可知,聚乙烯管道结构的强度计算应采用下列极限计算表达式:γ0S≤R式中:γ0为管道的重要性系数;S为设计内水压力作用下,作用效应的组合值;R为管道结构的抗力强度设计值,是管道在水温20℃,50年长期承受内水压力下环向抗拉强度的最低保证值,由厂家提供。环向抗力强度应满足下列公式:γ0σθ≤γotfσθ=γQFwdD02t式中:σθ为设计内水压力作用下管壁环向应力设计值;γot为聚乙烯管材抗力分项系数;Fwd为管道设计内水压力的标准值,N/mm2,应采取管道工作压力的1.5倍计算;D0为管道的计算直径;t为管道的计算厚度为33,mm;γQ为设计内水压力的作用分项系数,γQ=1.2。计算结果:Fwd应采取管道工作压力的1.5倍计算,管道的工作压力为0.400MPa,则Fwd=0.600MPaf为管材环向长期抗拉强度标准值,按下列数值确定:对PE80级管,f=8N/mm2;对PE100级管,f=10N/mm2;取不利条件下(即40℃)时γot=0.71,采用PE100级管γotf=7.1γ0σθ=1.1×4.53=4.98<γotf=7.1满足要求。聚乙烯管材抗力分项系数γot可根据不同水温温度确定,见表2。
1.3首部设计
输水管起点为白河水库发电站废弃的1#机组的闸阀,发电隧洞为DN1200mm的混凝土管,长68m,进口高程为159.15m,出口高程为157.85m,后接调压井,调压井井径130cm,出口为直径1m的混凝土管,高程为161.05,接DN1000闸阀控制,变径D1000×1600至发电机组。本次设计为拆除1#发电机组,变径改成DN1000×DN450的直径,后接21m的钢管,穿墙过一干渠,建阀门井控制,一干渠的正常水位161.30m,考虑0.05m的超高,管道的底部高程为161.35m。
1.4输水管配套建筑物
输水管首起白河水库发电站1#机组的闸阀,末端至某化工集团循环经济园区,全程约10.1km。由于输水距离较长,在管路上设置检修、控制装置,主要包括安全检修用的检修阀、排空阀、排气阀等,以及用于控制流量的流量计等,均放在井内。为保证管道输水的安全运行,在输水管道的隆起点(局部高点)以及管线竖向布置平缓段,每间隔800~1000m左右设进排气阀一处,本工程共设置的检修井17座,每座阀井内设置1台排气阀和1台蝶阀。在输水管段的低处(局部低点)设泄水阀,以满足管道排水和管道检修排水需要,本工程共设置泄水阀9处,每处设1座泄水阀井。
2工艺系统设计
本项目全膜法超纯水制备工艺的主要流程如下:原水板式换热器原水箱原水提升泵自清洗过滤器超滤装置超滤产水箱超滤提升泵活性炭过滤器一级反渗透保安过滤器一级高压泵一级反渗透装置一级反渗透产水箱二级高压泵二级反渗透装置二级反渗透产水箱EDI提升泵紫外线除TOC装置EDI保安过滤器EDI装置氮封水箱超纯水泵抛光混床送至各厂房。2.1超滤系统设计参数该超滤系统主要包括板式换热器,自清洗过滤器和超滤装置等主要设备。板式换热器的作用是在冬季给原水增温,降低季节的温度变化对超滤产水量的影响。自清洗过滤器的作用是去除原水中130μm以上的大颗粒杂质,以防止堵塞超滤中空纤维毛细管。本项目超滤膜结构采用外压式[1]。该水源为市政自来水,水质比较好,可适当放大超滤膜通量。超滤膜型号SFR2860,规格为Φ225mm×1860mm,设计膜通量为55L/(s·m2),设计超滤进水浊度为≤5NTU,产水浊度≤1NTU,SDI≤3。超滤机架设置2套,共计52支膜(26支/套),单套超滤装置产水量为68m3/h。
2.2一级反渗透系统设计参数
本项目采用的反渗透膜型号为DOW公司的BW30-400。根据反渗透膜的设计软件计算得知,该反渗透膜的设计通量为20L/(m2·h),脱盐率≥97%,回收率≥75%,运行温度为15~30℃。一级反渗透机架为2套,单套进水量88m3/h,单套产水量为66m3/h,膜数为180支(90支/套)。膜壳采用WaveCyber-300P-8-6,单套机架有15支膜壳,采用一级两段10∶5排列。由于二级反渗透浓水和电除盐浓水回流至超滤产水箱,作为一级反渗透进水,另外部分一级反渗透产水直接用于太阳能电池前段工序的生产,未作为二级反渗透进水,所以该系统水量是平衡的。
2.3二级反渗透系统设计参数
本次全膜法超纯水制备工艺采用的是双级反渗透技术。双级反渗透技术是指用第一级反渗透的产品水作为第二级反渗透的进水进一步除盐的工艺[2]。本项目采用的二级反渗透膜型号为BW30LE-440,设计通量为39L/(m2·h),设计产水导电度:≤5μS/cm,回收率≥90%,运行温度为15~30℃。二级反渗透机架为2套,单套产水量为39m3/h,膜数量为60支(30支/套)。膜壳采用WaveCyber-300P-8-6,单套机架有5支膜壳,采用一级两段排列。其中,一级反渗透与二级反渗透合并安装在一台机架上。电除盐(EDI)具有技术先进、操作简便和节能环保的特性,无需酸碱就可以连续制取高品质纯水,出水电阻率稳定在15MΩ·cm以上。本次电除盐装置为2套,单套产水量为35m3/h,采用的是西门子LXM45Z模块,模块数量为14块(7块/套)。2.5抛光混床系统设计参数抛光混床的作用是进一步去除EDI出水中残余极少的阳、阴离子。本项目采用的抛光树脂型号为DOW公司的MR-450UPW,总容量为1950L,可使出水电阻率达到18MΩ·cm。抛光树脂罐体采用WAVECYBER公司的DN400的容器,材质为FRP,数量为13只。
3处理效果
3.1超滤系统处理效果
超滤的操作步序有产水、反洗等操作。因超滤设备过滤模式为死端过滤,为保证超滤膜的通量及降低运行的跨膜压差(TMP),需定期对超滤膜进行反洗,反洗周期为30~60min[3]。超滤化学清洗周期一般为3个月,主要清洗药剂有盐酸、氢氧化钠和次氯酸钠。随着运行时间的增加,TMP逐渐增高,清洗后,TMP显著降低。图1为超滤装置180d的运行记录。投产运行后,2套超滤膜的产水量较稳定,平均为68m3/h,进水压力平均为0.30MPa,出水浊度平均为0.25NTU,达到了设计要求。
3.2一级反渗透系统处理效果
一级反渗透化学清洗周期一般为6个月,清洗后,一级RO跨膜压差(TMP)显著降低。主要清洗药剂有盐酸和氢氧化钠。图2为一级反渗透设备24个月的运行记录。投产运行后,两套一级反渗透的进水量均为88m3/h,产水量平均为66m3/h,产水回收率达到75%。进水压力平均为1.10MPa,进水电导率平均为780μS/cm,产水电导率平均为7.0μS/cm,脱盐率为99.1%,达到了设计要求。
3.3二级反渗透系统处理效果
二级反渗透化学清洗周期一般为12个月,清洗后,二级RO跨膜压差(TMP)显著降低。主要清洗药剂有盐酸和氢氧化钠。图3为二级反渗透设备24个月的运行记录。投产运行后,两套二级反渗透装置进水量均为43m3/h,产水量平均为39m3/h,产水回收率达到90%。进水压力平均为0.90MPa,产水电导率平均为0.8μS/cm,达到了设计要求。
3.4电除盐(EDI)系统处理效果
投产运行后,两套电除盐(EDI)进水量均为39m3/h,产水量平均为35m3/h,产水回收率达到90%。进水压力平均为0.4MPa,产水电阻率平均为17.5MΩ·cm,达到了设计要求。3.5抛光混床处理效果投产运行后,抛光混床系统处理水量35m3/h,出水电阻率>18MΩ·cm,达到了设计要求。
4技术经济分析
该太阳能电池生产用超纯水处理站投产后,进水量为2×70m3/h,产水量为2×35m3/h。该处理系统的运行成本主要包括:人工费用约0.49元/m3;药剂费(NaClO、盐酸、阻垢剂、还原剂、氢氧化钠等),共计0.32元/m3;电费为0.80元/m3;设备折旧费为0.85元/m3;自来水费为2.70元/m3;检修维护费为0.07元/m3,最终成本单价合计为5.23元/m3,满足该厂的运行成本控制要求。
1977年恢复高考、实行改革开放后,中国经济逐步发展壮大,城市基础设施建设开始迅速发展,此时,对给水排水工程专业的教育规模和教育质量提出了更新更高的要求。给水排水工程专业由最基本的“给”和“排”,即基本的水量和水输送问题,逐步过渡到水处理方面的内容,由最初的水量追求水量和水质并重,且随着人民生活水平的提高,开始逐步重视舒适性和安全性。相应地,和建筑给排水相关的专业人才的数量和质量发生了很大变化。建筑给水排水相关的就业面相当广泛,可以从事的工作领域包括与建筑给水排水相关的建筑工程规划设计、施工、运营、管理、安装、消防、教学科研等。根据麦可思《中国大学生就业报告》统计,给水排水工程2010年就业率排名第4,就业率达到96.1%,2011年就业率排名第29,就业率达到94.6%,2012年就业率排名第1,就业率达到97.5%,可见社会对该专业毕业生需求量较大,在全国几百个专业中是高就业率的专业之一。在人才质量上,对从事建筑给排水行业人才知识结构和素质的要求越来越高,需要在水的输送回收与再生回用和可持续利用等方面,具有由以下各部分组成的专业知识结构,即水处理工艺知识、安全知识、水工业经济知识、水资源知识、有关的工程知识和机电、仪器、设备、材料、仪表、计算机与自动控制等高新技术知识,需要进一步提高工程实践能力。
1.2课程内涵的变化
随着以牺牲环境为代价的经济持续增长,导致水体中存在持久性有机污染物(POPs)、内分泌干扰物(EDCs)、微囊藻毒素(MC)、微生物污染物、致味物质等复杂的污染物质,传统的饮用水处理技术不能对上述污染物质有效去除,终端用水出现浑浊、有气味、口感差等一系列问题,无论是饮用水生产企业还是个人用户,都开始逐步重视微污染水处理问题。个人用户开始大量使用小型的终端水处理设备进行饮用水的处理,与此密切相关的小型终端设备的二次污染防治和安全控制等问题不断出现。我国水资源贫乏,水资源短缺已成为制约我国经济发展的主要因素之一,节水是我国的基本国策之一,建筑中水的推广应用就是建筑节水技术之一。建筑中水对实现缺水地区污废水资源化、提高水的利用率、降低环境污染、缓解水资源不足及节约能源等均具有重要意义,有明显的社会效益。由此产生的建筑内部排水系统的设置、小型污水处理设备及处理工艺等内容也处于不断研究和更新中。随着人民生活水平的逐步提高,和人身安全直接相关的建筑内部安全消防技术逐渐被人们重视。建筑内部消防主要以水系统灭火为主,由人工的消火栓给水系统逐步向自动喷水灭火系统过渡。自动喷水灭火系统最关键的组件是喷头,喷头响应速度快慢、水滴大小、雾化能力和压力高低是自动喷水灭火系统好坏的关键。另外,随着高层和超高层建筑的不断涌现,会出现建筑物上部消防水压不足和下部水压过高的现象,相应有了增压消火栓、减压消火栓、稳压消火栓等新品种,为消防灭火提供了有效的保证。水源微污染导致的水质问题,水资源短缺引起的中水处理问题和建筑水平提高导致的消防系统的提高等问题使建筑给水排水工程课程的内涵由原来建筑内部水的供给及排放为主转化为水的输送与水质安全并重的水的建筑良性循环,这种变化促进了建筑给水排水工程课程教学体系的改革。
1.3课程方向的变化
用水终端的水质问题及节能环保的要求,使得建筑给水排水工程领域的传统技术和设备难以满足水质改善及节能环保的需要,促使新工艺、新设备和新材料不断涌现,中水回用、新型用水设备等技术和设备主导了建筑给排水技术的发展方向,新的设备和材料的发展拓宽了专业知识面,由此带来了专业知识体系的变革,促进了专业方向多元化变化。
1.4新技术导致的课程内容变化
建筑给水排水工程的发展是伴随新技术的发展而发展的。如水龙头,由截止阀式结构到瓷片式结构再到红外自动控制,不但使水龙头寿命延长,而且达到节水节能的目的;给水管材由铸铁管到镀锌管材再到塑料管材,再也不会出现管材锈蚀时既缩短管材寿命又污染水质的现象;坐便器由最初的分体式到连体式再到全自动坐式,不但能够达到降低噪声、节省冲洗水的目的,还能够实现清洗人体和吹干等全部过程自动化;电子技术信息技术和自动控制技术在建筑给水排水工程中得到了广泛应用,建筑智能化和工程设计的模块化、数字化已经成了行业发展的趋势和建筑给排水工程发展新的增长点。
2.“建筑给水排水工程”课程内容体系设置
2.1课程名称变更的必要
随着建筑内部安全、舒适、节能要求的提高及新材料新设备的层出不穷,建筑内部给排水工程已经远远超出了传统的建筑内部的水的“给”与“排”,人们追求建筑的安全———消防系统的有无及反应程度,舒适———有无热水及供给方式,节能———节水卫生器具及中水回用。建筑给排水工程已经将传统的水的“给”与“排”拓展为建筑内部水的处理、应用和新材料新设备应用为一体的综合性学问,传统名称已经不能囊括现行课程涵盖的内容。因此,有必要对课程名称进行更改,应该根据专业更名的方式将原“建筑给水排水工程”课程名称更改为“建筑给排水科学与工程”。
2.2基础理论内容的设置
建筑给水排水工程在给排水科学与工程专业中是一个相对独立的系统,是给排水科学与工程专业区别于相近专业的明显特征之一,与管网及水的处理合在一起成为一个有机的专业整体。但建筑给水排水工程的相关研究却完全赶不上时展的步伐,首先是适合我国的流量计算方法(包括给水、排水和热水)的研究,国际上流量的计算方法经历了经验法、平方根法和概率法三个发展阶段。目前,西方发达国家如美、日、西欧等均采用概率法计算流量。我国于1964年从前苏联引进平方根法,其间虽经调整、修正,但从未进行过系统的卫生器具使用情况的概率统计,计算方法基本仍停留于平方根法范畴,远远落后于发达国家的计算方法。应该将此理论系统引入教材中,研究适合我国国情的概率计算方法。其次是热水相关计算的研究。目前,热水相关计算只有全日供应热水的耗热量计算方法,没有定时供应热水的计算方法,还缺少储热量的计算方法、热水循环泵流量和扬程计算方法等,这些基础性研究的缺失不但阻碍了新型水加热器的应用,在进行系统的课程学习和讲解的过程中缺乏课程体系的完整性而导致理解难度加大。再次是节能方面的研究。主要体现在中水处理和雨水利用方面的研究。虽然,目前将中水处理后作为各种水用途已经没有技术障碍,但是适合建筑物本身使用的小型高效低能耗及处理成本低的中水处理设施依然是现在中水利用的瓶颈问题之一,直接导致中水回用受到限制。雨水方面,屋面排水排放是按重力流还是按压力流计算方法的确定及雨水的处理技术的研究都存在缺失或不足,造成雨水利用困难。另外,随着水质问题日益突出,家用净水器已走入千家万户。市场上的净水器品牌杂乱,鱼龙混杂,针对不同的自来水水质,应该采用何种滤芯的净水器及更换周期多长等问题,都缺少可供参考的标准性的技术方法,这方面的研究工作应该纳入到建筑给排水系统中。以上这些基础性的理论及研究都应该在给水排水工程课程中进行系统介绍,以便形成及推动建筑给水排水工程的系统研究,而不应该只单纯讲解给水、排水、热水、消防、雨水这几大块和设计及工程联系最密切的几部分内容,这种急功近利的课程内容的设置和教学最终会导致建筑给排水的退步并影响整个专业的进步。
2.3实验设置
建筑给排水的教学一直以来都是从概念到概念,如教材中的给水系统、气压给水原理、变频调速、自动喷淋工作原理、减压阀工作过程、排水立管流态等都没有实验辅助,学生无从验证。另外,对于卫生器具的安装及管材的截断与连接等基本的建筑给排水相关的安装实验根本没有涉及。目前国内设有给排水科学与工程专业的高校很少有建筑给排水实验室,而有的大部分都无法运行只供参观,没有起到教学实验的作用。教材内容设置应该单独设置一个章节或者附录作为实验内容,对该课程实验内容进行指导,包含演示实验、学生自己动手操作实验等。
2.4新技术新设备的更新
建筑给水排水工程教材内容严重滞后是毋庸置疑的。虽然版次不断更新,各出版社不断推出各种版本的“建筑给水排水工程”,但都大同小异,内容体系和课程框架基本没有区别。一本合格的建筑给排水教材应有基础理论、工程应用,应有自己的特色及时代气息,应有工程建设标准化的基本知识,应有随着计算机技术发展而适用的模块化教学,也应有适应建筑内部使用的集成化的最新水处理技术,应根据建筑给排水技术发展速度和规范的修编及时更新教材内容。
2净水厂平面布置
净水厂平面呈长方形,长79m,宽48.4m。其中主要建筑物有:网格絮凝斜管沉淀池(10.8m×5.4m);重力式无阀滤池(8.9m×7.6m);清水池(25.6m×10.6m);加药、消毒间(24.5m×6.6m);加压泵房(21.5m×7.6m);综合楼(20m×6m);生活服务楼(15m×6m)等。
3取水工程设计
3.1取水方案
饮用水源为长江,采用岸边式取水。由于长江水位在洪水期和枯水期水位变幅较大,采用缆车式取水比较方便,较浮船式稳定,受风浪影响小[3],因此,采用缆车式取水。
3.2取水构筑物设计
泵车尺寸设计为:长×宽×高=4.0m×3.0m×3.0m,泵车内平行布置离心泵2台(IS150-125-315),1用1备。泵车下部车架为型钢组成的桁架结构,在主桁架的下节点处装有4对滚轮。采用斜桥式坡道,坡度为25°,轨距2.5m。岸边设置绞车房,内设电动绞车,并备置安全装置。
4净水工艺设计净水工艺流程
4.1混凝剂
该设计采用碱式氯化铝混凝剂,其为无机高分子混凝剂,操作方便,腐蚀性小,劳动条件好,成本低,净化效率高,用药量少,温度适用性高。同时,混凝剂采用碱式氯化铝PAC计量泵投加[5]。整个投药过程应用自控技术,自动计量并投加。
4.2混合
根据混合效果以及经济效益,该设计采用管径为300mm的GW型管式静态混合器,设在距沉淀池10m处的进水管中,投药管插入管径的1/3处,使混凝剂均匀地分布于进水中。
4.3絮凝沉淀
采用单个网格絮凝池与单个斜流式沉淀池合建,设置2组。设计流量为5000m3/d,絮凝停留时间为14.48min,每组池体积319m3,有效水深4.2m,每组池面积63m2。竖井流速0.12m/s,分格面积0.48m2,分25格,布置为5行5列,每格0.8m×0.6m,前段6格内安装3层50mm×50mm的网格,中间7~13格每格安装2层80mm×80mm的网格,14~19格每格安装1层100mm×100mm的网格,20~25格不安装网格。采用管径30mm、长1.0m的斜管,安装倾角为60°[6],斜管内水流速度为0.32cm/s,沉淀时间5min。
4.4过滤
小城镇水厂属于小型水厂,采用重力式无阀滤池,运行全部自动,操作方便,工作稳定可靠,结构简单,造价也较低[7]。该工程设2座滤池,1用1备。设计流量为5000m3/d,滤池边长为4.6m,实际过滤面积为20.58m2,冲洗水箱高度为2.19m,总高度为4.7m。滤池进、出水管管径均为300mm。滤池底板入土埋深采用2.25m。虹吸上升管管径为500mm,下降管管径为450mm。
1.给水工程设计
1.1给水工程的注意事项:
(1)给水供应系统没有固定的形式,设计时应根据用户的要求,结合室外给水系统的实际情况经技术经济比较或采用综合评判法确定供水方式。
(2)高层住宅内为解决上部供水不足增设了增压设备,目前常采用调节水箱和变频供水设备加压供水,加压设备为全自动系统以减少运行管理费用。
(3)住宅内生活用热水多采用电浴热水器、太阳能热水器及锅炉集中供热等方式供给。电加热系统和太阳能热水器供应系统在住宅设计中较多采用,所以在设计时仅在给水管上预留安装热水供应设施的接口,或每户设计独立的热水管道系统由住房自行解决热源[1]。
1.2给水设计的关键因素:
(1)适当增设单体建筑户外控制阀门:传统的住宅给水设计是在每一根立管的底层出地面处设切断阀门,而经济房户外小区内则是一个建筑楼群组共用一个地下控制阀门。
(2)适当增设单体建筑户体控制阀门:立管底部的给水阀门不可少,其目的主要是为了当底层住户发现下水管堵塞引起地面冒水时,可以及时关闭给水总阀,减少排污量。
(3)注意室外阀门的安装型式:室外安装的阀门大部分都是口径为Dg75以上的截止阀或闸板问或蝶阀,一般均是法兰安装,而且有国家标准图。需要注意的一个问题是,这些装于地下的阀门一旦损坏时如何更换。
(4)给水管道压力超过0.3~0.4MPa且管径≤20mm及管路较长时,管道会产生啸叫和振动,这主要由高速水流动力与管道系统产生共振所致。综合防治措施有适当加大管径、采用曲挠橡胶接头、支架与管道接触处加橡胶垫以及加装减压阀等。但注意减压阀本身也有噪音,要经反复调试,使噪音减至最小[2]。
2.排水系统的设计
2.1排水工程的注意事项:
(1)对于多层住宅,目前设计多采用底层污水单独出户,以避免因堵塞造成的一层泛水的难堪局面,减少邻里的矛盾。二层以上采用排水伸顶通气立管。
(2)底层卫生器具的排水管道不接到排水立管上为好,应单独排出。对满足不了上述要求的排水支管,应以单独的排出管排到室外检查井。
(3)住宅设计中不仅设计雨水系统,同时还设计室调冷凝水管收集每户安设空调板上的冷凝水,这样不仅使建筑物外墙美观,而且避免了空调冷凝水随意流放,影响楼下行人。
(4)地漏是排水管道系统中一个重要附件,功能是排除地面积水,设置在经常有水溅落的卫生器具附近地面(如浴盆、洗脸盆、小便盆、小便器、洗涤盆等)、地面有水需要排除的场所(如淋浴间、水泵房)或地面需要清洗的场所,住宅可用作洗衣机排水口,设计选用高水封防臭地漏[3]。
2.2排水工程的关键因素:
(1)地漏与存水弯的配合:规范上没有规定排水地漏一定要设存水弯,但这确实能影响用户的使用。全国通用给水排水标准图集上将带水封的圆形钟罩式地漏分为了甲、乙、丙、丁四种,虽然标准图上对存水部分的高度都作了具体规定,但都有一个存水量小,水封易因水的蒸发而被破坏的毛病。且往往制造和安装时还达不到设计的要求。
(2)室内排水管最小管径:一般讲,污水池、小便器(槽)等器具的排出管最小管径为DN32~50,而含有粪便污水的最小管径为DN100。通过观察后认为这各种规定只适用于楼面排水,而不适用于地面排水。原因如下:DN32-50的管径较小,容易堵塞,且不易疏通(疏通器在其内不易拐弯)。
(3)对于多层住宅,目前设计多采用底层污水单独出户,以避免因堵塞造成的一层泛水的难堪局面,减少邻里的矛盾。二层以上采用排水伸顶通气立管。对住宅建筑底层设架空层、商场或商铺的情况,上部排水立管必须在底层进行转换,以不影响底层的使用功能。
(4)排水管道噪音问题。排水管的水流呈不充盈和重力流状态,噪音难免,且受管道材质影响。试验资料表明,DN100管道流量为2.7L/s时铸铁管噪音值为46.5dB,PVC-U管噪音值为58dB,故在要求安静的高档房间内(睡房除外),宜选用柔性连接铸铁管。新产品芯层发泡隔音PSP管,隔音效果好,价格略贵,也可选用。
3.节水技术
针对不同功能的建筑可采用不同的节水对策和技术:在经济房建设中,应改进马桶的冲洗方式,减少冲洗水量,加强水的循环利用。
(1)减少马桶冲洗水量目前,我国普遍采用冲水量≥11L的坐便器,耗水量大。若根据建设部的规定,全部使用冲水量≤9L的马桶,则住宅可节水4%,宾馆、饭店可节水3%,办公楼可节水11%[4]。
(2)厨房、沐浴、盥洗的节水厨房的洗涤盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龙头若采用充气水嘴,可节水且不减小水柱的直径。
(3)真空节水技术为了保证卫生洁具及下水道的冲洗效果,可将真空技术运用于排水工程,用空气代替大部分水,依靠真空负压产生的高速气水混合物,快速将洁具内的污水、污物冲吸干净,达到节约用水、排走污浊空气的效果。一套完整的真空排水系统包括:带真空阀和特制吸水装置的洁具、密封管道、真空收集容器、真空泵、控制设备及管道等。真空泵在排水管道内产生40~50kPa的负压,将污水抽吸到收集容器内,再由污水泵将收集的污水排到市政下水道。在各类建筑中采用真空技术,平均节水超过40%。若在办公楼中使用,节水率可超过70%[5]。
(4)在住宅中,由于大量的沐浴及盥洗水,应考虑将其经适当处理后供生活杂用及补充冷却水,主要包括厕所冲洗、园林灌溉和道路保洁等。推荐的中水处理工艺为:原水机械格栅毛发过滤器调节池混凝过滤活性炭吸附消毒中水池[中水泵中水屋顶水箱专用水管系统(水表)用水点]。
4.结束语
经济住宅建筑的给排水管道系统看似简单,但确与我们的生活息息相关,关系到了人民的生命安全、身心健康,应引起设计人员高度重视。要正确的选择系统的形式、节水且噪音低的卫生设备、合适的管材及附件,以满足人们对居室内环境的要求。
在新世纪,建筑给排水将担负新的历史重任,面临新的挑战。建筑给排水将更突出以人为本的原则,并将重点调整到民用建筑与工业建筑并重,公共建筑与居住建筑并重,冷水供应与热水供应并重,供水的水量、水压与水质并重等方向上来,走上全面、均衡、务实、安全的发展之路。
参考文献
[1]盛培基.给排水工程设计中的节能问题应引起重视[J].江西能源,2007,(3).
我省的建筑防水技术在全国处于中游水平,建筑防水技术处于稳步发展的阶段。
防水材料的生产厂家逐渐增多,目前已有70余家。国内有销售的产品我省大都能够生产,产量增加,质量不断提高,有的打入了省外、国外市场。
我省已能生产如下防水材料产品:合成高分子防水卷材,如三元乙丙、氯化聚乙烯、聚乙烯—丙纶复合卷材;SBS改性沥青防水卷材;防水涂料,如聚氨酯、丙烯酸酯等;嵌缝材料也有生产。省外在我省销售的产品也不少,为常州、北京、盘锦、沈阳、长春等均有产品在我省销售。
建筑防水设计积累了一定经验,防水施工技术在提高,在治理渗漏方面有一定措施。
我省第一家贯彻实行了防水材料产品认证制度。
渗漏率从原来的30%降低到10%.严重渗漏的局面得到了有效的控制。
但是我们还存在差距,我们的建筑防水设计水平还不高,防水厂家规模小,技术力量薄弱,产品质量差,市场无序竞争,施工操作不规范,非专业队伍施工较普遍,地下工程防水一次施工成功不漏的还不多,防水工程耐用年限短和渗漏隐患多。
二、当前我省建筑防水存在问题
1.设计方面
总体说防水设计质量在不断提高,防水设防引起重视,但尚有较多设计单位对建筑防水设计重视不够,设计图纸中没有明确防水等级标准,细部构造无图,对防水设计变更把关不严,如在地下工程中将卷材防水改为水泥砂浆防水,将迎水面铺贴卷材改到背水面,甚至卷材不封闭,卷材外防水的软保护设计及回填土的质量要求不明确。
在地下水位较高地区,对大柱网无梁底板砼不做抗浮验算。
2.材料采购供应方面
新型防水剂、防水卷材、涂料、配套材料、止水带(条)等产品较多,业主采购或指定厂家采购不合格材料,为防水质量留下后遗症。
卷材配套材料如胶粘剂、嵌缝材料等认证检测工作尚未纳入日程,对防水的耐久性和抗渗漏留有漏洞。
3.防水专业施工队伍管理
防水砼施工,操作者都是普通砼工人,没有培训,不具备应有素质,防水砂浆施工操作都是普通抹灰工,也不掌握防水砂浆施工操作要点,卷材防水除厂家有部分专业施工人员外,企业和社会上的专业施工人员都很少,有大量不具备资质人员在施工防水卷材。
4.施工技术
(1)防水混凝土施工单位防水砼施工前一般都做原材料试验及配合比试配工作,砼组成材料掺有防水剂或微膨胀剂,对泵送砼多数掺有磨细粉煤灰,施工组织上有保证连续浇筑的措施,对防水砼底板表面除常规找平外增加压实抹光工序,注意了砼的养护浇水,但对防水砼细部构造目前看,仍没有解决好,如洞口管下砼不密实,施工缝后浇带施工粗糙。
防水砼施工不能连续进行,在浇筑过程中形成施工缝又没按施工缝去处理,砼施工工艺没严格按操作规程要求做,砼震捣不实等,墙板相接易出问题。
砼结构细部构造,尤其在伸缩缝、施工缝处的止水带位置固定,砼浇筑中施工不当,造成位置偏移及变形,影响薄弱环节止水效果。
UEA补偿收缩砼超长结构无缝设计施工在较多工程中得到应用,效果较好,既解决了砼抗裂抗渗问题,又可降低大体积砼的温差,有很广阔应用前景。
(2)卷材防水
卷材防水目前有满粘、条粘、点粘,卷材接缝粘接质量是防水关键,专业队伍也注意了,做的也较好,但无专业资质的队伍质量失控时有发生,卷材防水质量与防水砼相比质量好控制而且很直观,对卷材防水这一道设防,如果认真管理和施工是可以保证质量的,与砼相比卷材防水施工后发生渗漏无法处理,且找不到渗漏处,卷材防水易产生渗漏就是接缝处与细部构造处,卷材本身质量目前控制的较好。柔性防水卷材接头密封不严,接头长、量大、数量多,这是柔性防水关键部位,一般是操作者不认真,检查验收不细,没有全面逐缝检查造成渗漏,这种渗漏一般工程使用后无法查找。柔性防水细部构造处理不认真,如砼底板下的大量桩头处理,底板卷材与立墙卷材分段施工的保护与接缝处理等。
(3)防水砂浆
国家最新颁布的质量验收规范,对防水砂浆做法仅限于天津刚性防水的多层做法,这种做法应该说防水效果很好,但我们目前无论是设计还是施工都采用的是掺防水剂的防水砂浆抹二道,在人们的观念中仍然是辅助防水层,因而防水砂浆施工质量与管理还应加大力度,重点抓好抹灰前基层处理。抹灰质量、串搓及细部构造认真处理。
水泥砂浆防水层施工前对基层砼缺陷及细部构造不认真处置,砂浆层操作法等同于普通抹灰层而没有认真抹光压实。
(4)涂膜防水
涂膜防水总体上用量不大,目前应用的主要有聚氨酯涂膜和聚合物水泥二种方式,涂膜质量好控制,施工时主要控制基层处理、接槎、分层涂刷间隔时间、涂层厚度等,这种防水方式质量上较卷材好控制,特别是细部构造。
5.施工管理
(1)摆不正质量和进度的关系,工程施工中业主要求抢进度,施工单位不按程序施工,盲目抢进度,防水施工组织粗制滥造,隐蔽工程没有严格管理,施工漏洞多,留下隐患,造成屋面、地下室渗漏不能使用。
(2)地下室底板下卷材的保护不力,致使后期工程在其上部进行,破坏防水性能,造成渗漏。
(3)地下室外墙回填土质量不被重视,不能认真分层夯实,没有形成防水帷幕,造成工程周围汇水区,一旦结构和防水层出问题就渗漏水。
三、我省防水技术发展方向
1.大力发展新型建筑防水材料
大力发展弹性体(SBS)改性沥青防水卷材,积极推广高分子防水卷材,努力发展环保型防水涂料,研究开发高档建筑密封材料、地下工程防水材料,限制发展和使用沥青复合胎防水卷材、聚乙烯一丙纶复合防水卷材和石油沥青纸胎油毡;淘汰焦油类防水材料和高碱玻璃纤维制成的复合胎基卷材。
沥青复合胎防水卷材禁止使用高碱玻纤复合胎基,聚乙烯一丙纶复合防水卷材禁止采用二次加热复合成型生产工艺。
实行名牌策略,努力培育省内知名品牌,创造防水名牌产品。
建议对防水材料除以前的认证准入及制度外,组织有关单位和人员每年定期对防水材料厂家进行质量抽检,并公布抽检情况和政府的意见。
对防水材料的接缝材料与配套材料的认证与准入尚未形成制度,卷材接缝质量与其耐久性问题也是防水工程应引起重视的问题,现在也应纳入管理的日程。
在治理渗漏上加大新材料推广力度,如渗透结晶型防水涂料。
2.加强建筑防水科技创新
重点研究屋面防水卷材机械固定工艺以及其他屋面应用技术和施工机具,总结各类防水工程细部构造防水措施的实践经验,研发成套技术,制订施工工艺标准或工法,从总体上提高防水应用技术水平。研究外墙节能复合墙体防水技术。
3.提高建筑防水设计水平
防水设计要求认真贯彻执行防水技术规范,特别是强制性条文的多项规定,合理确定防水等级,周密制定防水方案,择优选用防水材料。选用的防水材料耐久性应保证在10年以上。
设计说明中对防水细部构造要求要详细,且提出严格要求,对地下室底板设计除考虑使用荷载作用外,尚应根据工程结构具体情况,考虑地下水浮力对防水结构的作用影响。
重要工程的防水工程施工图应依据《建筑工程施工图设计文件审查执行办法》审查,未通过审查的施工图不能作为施工依据。
图审工作中也应把地下防水工程设计作为审点,把设计中的问题解决在工程施工前。
4.加强建筑防水施工管理
防水施工工程应由具有相应资质的建筑企业承担,并按照国家有关规定通过招投标方式采购建筑防水材料。
防水工程所使用的防水材料应具有生产企业提供的产品合格证明文件和性能检测报告,防水卷材产品必须具有生产许可证。各种材料的品种、规格、型号和性能等应符合产品标准和设计要求。对进场的防水材料应按《屋面工程质量验收规范》和《地下防水工程质量验收规范》规定抽样复验,并提出检测报告,不合格的材料不得在工程中使用。
目前防水专业队伍施工操作水平良莠不齐,较多的是材料生产厂家有专业队伍,对这些专业队伍管理也应经考核发放资质证后才允许参与防水施工,且应定期具有资质施工队伍名录,便于施工企业选择。
要将建筑防水质量与工程评优、企业评优挂钩。
转包与分包及质量的处罚,防水工程应明令禁止在材料采购、施工环节搞转包或无序分包,防水工程在工程质量验收上应按与主体工程同等重要程度来控制,对防水工程质量不合格者应规定予以惩罚,使施工企业自身也把建筑防水放到管理重要位置。
5.做好建筑防水技术培训工作
加强设计与施工人员培训,提高从业人员技术素质。通过培训,使从事防水设计的人员掌握屋面工程与地下工程防水技术规范和各类防水材料产品标准,使从事防水施工的管理人员掌握各类防水材料的基本性能和施工技术,操作人员正确理解和掌握防水材料施工的操作要领。