摘要：

在“双碳”目标与水质标准持续提升的双重驱动背景下，传统污水处理厂提标改造中面临工期冗长、用地紧张以及建设碳排放居高不下等诸多挑战。本文着重提出承插装配式污水处理厂建设技术，通过工厂预制标准化构件与现场承插式快速组装的创新模式，实现建设流程的全面重构。结合工程实践，系统深入地剖析其核心原理、技术优势、关键工艺及典型应用场景，充分论证该技术在城镇污水提标改造中的适用性，为行业提供具有价值的技术参考和切实可行的实施路径。

关键词：污水提标改造；承插装配式；模块化设计；快速组装；低碳建造；全生命周期管理

1.  背景

近年来，随着《水污染防治行动计划》（“水十条”）的深入实施，以及地方排放标准的不断严苛化，全国范围内污水处理厂提标改造工作全面展开。国内众多地区污水处理厂排放标准已从一级B提升至一级A，部分敏感区域更是要求达到地表水Ⅳ类或Ⅲ类标准，尤其在脱氮除磷效率方面提出更高要求，如 总氮（TN）≤10mg/L，总磷（TP）≤0.3mg/L。

这一形势对现有污水处理设施构成严峻挑战，特别是那些建设年代较为久远、处理工艺相对落后的城镇污水处理厂，普遍面临处理能力不足、出水水质无法稳定达标的问题，迫切需要新增或强化生物反应、深度处理等工艺环节。

更为棘手的是，多数污水厂地处于城市建成区，扩建空间极为有限，必须在原址实现“提标不降处理规模”的目标。施工期间产生的噪声、扬尘以及污水排放等问题，影响周边居民的正常生活和环境质量。此外，长时间的施工改造还会对污水处理厂的正常运行造成干扰，导致运行中断或处理能力大幅下降，给城镇水环境质量带来极大风险。在此情形下，装配式污水处理厂凭借工业化思维重构建设流程，实现“标准模块设计”—“工厂预制加工”—“项目现场拼装”一体化快速交付，为提标改造提供了高效解决方案。

2.  承插装配式污水处理厂技术体系

2.1.  定义和技术原理

装配式污水处理厂（Assembled Sewage Treatment Plant）是指将传统污水处理厂的各类构筑物，如事故调节池、水解酸化池、生化池、二沉池、滤池等，分解为标准化的功能模块，这些模块在工厂进行加工制作，完成预制后运输至现场进行组装，并连接设备、管线等污水处理配套及附属系统，最终建成完整的污水处理厂。

承插装配式技术创新性地采用“榫卯+高强螺栓”节点设计。在预制构件边缘设置凸榫/凹槽，通过承插子母连接后灌注微膨胀灌浆料，形成刚柔结合的防水抗震连接结构。污水处理构筑物的主体结构、设备基础及管道系统在工厂预制为标准化构件，运至现场后进行快速拼接，从而形成完整的处理系统。

2.2.  核心原理

预制构件标准化：运用模数化设计理念，将池体墙板、底板、顶板及设备预埋件预制为带承插口的模块。如空心预制柱预留插槽，墙板边缘设凸榫或凹槽，为现场组装奠定基础。

现场快速组装：通过机械吊装的方式将构件插入预设接口，再辅以灌浆、螺栓或预应力张拉固定，形成牢固的刚性连接。这种方式彻底摒弃了传统现浇工艺中模板支护与混凝土养护等繁琐工序，大大提供了建设施工效率。

2.3.  技术特点

2.3.1. 建设效率

工厂预制与现场组装同步进行的模式，使得典型项目工期从传统现浇工艺的12~18个月大幅压缩至3-5个月，工期缩短幅度达到70%~80%。现场作业得到极大简化，湿作业量减少80%以上，无需大型混凝土浇筑设备，施工人员需求降低50%，这一系列优势不仅显著减少噪音、粉尘等污染，更契合城市建成区环境保护要求。

2.3.2.  低碳建造

在建设阶段，碳排放降低40%-50%。由于减少现场混凝土浇筑与养护环节，而这一环节在传统现浇混凝土施工工艺中占建设阶段碳排放的60%，因此实现大幅的碳减排。构件工厂化生产损耗率＜3%，相比传统现浇工艺10%—15%的损耗率，钢材/混凝土利用率提升15%以上。同时，资产回收价值极高，不锈钢装配式水池回收比例可到95%以上，充分体现了低碳环保和资源高效利用的理念。

2.3.3.  结构性能与灵活性

承插节点通过高强灌浆料增强连接强度，能满足抗震设防8度（GB 50011标准）的要求，力学性能可靠，完全符合污水处理厂水池构筑物的特征环境使用需求。预留承插接口为后期扩建提供了便利，在提标（扩容）改造时，可在原有承插式池体旁快速拼接新增处理模块，无需中断污水处理厂的正常运行，保证了污水处理的连续性。

2.3.4. 技术要点

（1）标准化模块设计：

秉持“功能单元模块化”理念，将事故调节池、水解酸化池、生化池、二沉池、滤池等处理单元分解为标准模块。例如，墙板标准模块为B×H=3m×6m，通过灵活组合设计，能够适应不规则地块的建设需求。在模块设计过程中，充分考虑道路限制、运输工具及模块结构加强等因素，确保模块的可运输型和结构稳定性。

（2）工厂预制和现场组装：

装备池体和构件在工厂完成结构焊接、模块预制、设备集成工作，如曝气系统、水槽、填料支架等。运至现场后，仅需螺栓连接、拼接、灌浆，施工周期较传统模式缩短70%-80%。以承插装配式污水处理水池为例，采用“榫卯+高强螺栓”连接方式，节点承载力达到母材的90%以上，主体装备施工安装现场实现不动焊作业。预制墙板预留设备接口，如水、气管口和仪表安装支架，实现“结构—设备—管线”一体化预制和螺栓连接安装，基本无需动火焊接作业。

（3）质量可控：

在工厂内，构件精度误差可严格控制在2mm以内，防腐涂层厚度均匀性提升50%。节点采用灌浆料+密封胶防水设计，确保装备主体不渗漏，有限保证了污水处理厂的建设质量和可靠性。

2.3.5.  典型生化池工艺

承插装配式可实现圆形和方形池体，其中在污水处理厂核心生化系统中，通过装配式结构实现全段可调污水处理工艺。

该工艺生化系统主体采用双层同心圆结构，内环为二沉池，外环划分为8~12个分区，可实现A²/O、多级AO、A²/O+AO、AOA等不同工艺灵活切换，能够有效应对季节性和城市发展带来的原水水量水质波动冲击。与传统活性污泥法相比，该工艺系统内碳源利用率提高20%—30%，总氮去除率提升15~20%。同时，内、外回流采用短流程、少管路设计，借助穿墙泵或气提方式回流，大大减少内外回流能耗和建设成本。

3. 典型应用场景

四川某食品园区工业污水处理厂，原设计规模1万m³/d，执行一级A标准，提标改造后，处理规模扩大至2万m³/d，执行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》工业园区集中式污水处理厂标准，具体设计水质指标，进水：COD≤550mg/L，总氮≤60mg/L，氨氮≤35mg/L；出水：COD≤40mg/L，总氮≤15mg/L，氨氮≤3mg/L。

污水处理工艺：预处理（利旧）→初沉池（原调节池改造）→水解酸化池（新建）→生化池（原位扩容）→二沉池（新建）→磁混凝沉淀池（新建）→硫自养反硝化滤池（新建）→接触消毒池（新建）→达标排放。

其中，新建处理单元采用不锈钢承插装配式水池设计，以下为两种典型圆形、方形水池结构形式参数：

表1    圆形和方形不锈钢承插装配式水池参数

以滤池为例，其主体38个模块的安装仅需1台吊车和4个人工，无需专业工具，主体现场组装仅需3天，从工厂生产至主体完成安装的整个周期为18天，具体施工工序如下：

基础混凝土施工（预埋螺栓调节板）、装备模块生产（工厂预制）→现场吊装、模块安装→模块调整、高强螺栓紧固→子母承插口灌浆密封、底板密封防水施工→养护→闭水试验。

4. 技术对比

在污水处理厂建设领域，承插装配式、焊接装备式和传统现浇混凝土技术各具特点，存在多方面差异，具体如下：

表2    承插装配式与其他形式对比

承插装配式在工期、碳排放、回收率上优势显著，最适合“双碳”目标下的提标改造。承插式节点密封性和抗震性优于焊接，且工厂预制精度更高；传统现浇初期成本低，但长期维护费用高。

城镇建成区提标改造、敏感区域（需快速施工+低干扰），优先选择承插装配式。谨慎选择焊接装配式，其适于临时性项目或预算有限且腐蚀风险低的场景。传统现浇形式，适于地质复杂或超大规模型新建污水厂。

5. 结论与建议

5.1. 结论

（1）承插装配式污水处理厂通过标准模块设计、工厂预制生产和现场拼接组装的创新模式，在建设效率、低碳建排、空间利用率等方面超越传统现浇工艺，尤其适合城镇建成区的提标改造需求。

（2）该技术支持原位扩容和工艺灵活切换，可无缝集成深度处理单元，实现水质从一级A提标至地表准Ⅳ类标准，且通过分阶段施工实现不停产改造。

（3）标准化设计、耐久性提升与智能化融合，推动其从“高效建设”向“全周期低碳”升级，为“双碳”目标下的水环境治理提供可持续解决方案。

5.2. 建议

（1）建立通用模块库，减少异形池体定制成本，推动参数化设计工具，实现“水质参数—模块组合”自动生成，缩短设计周期。

（2）研发耐腐蚀密封材料，适配于不同形式污水的腐蚀性，延长节点寿命，跟踪探伤检测。

（3）部署数字化，跟踪装备节点温湿度、腐蚀性，实时监测应力、渗漏等数据，提升预警准确性。

（4）结合光伏发电、污泥沼气利用，打造“零碳装配式水厂”。