通過對比中美室外給水設計規(guī)范存在的差異，提出多方面的建議，為我國《室外給水設計規(guī)范》的修訂提供參考，推進我國技術(shù)規(guī)范標準體系的發(fā)展。
前言：我國最新的《室外給水設計規(guī)范》(GB50013-2006,以下簡稱“規(guī)范”)于2006年1月18日發(fā)布，并于2006年6月1日正式實施，而現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)是于2007年7月1日實施，飲用水標準的實施滯后于設計規(guī)范，給實際工程設計帶來了一定的矛盾性，尤其體現(xiàn)在2015年后國家要求各省(區(qū)、市)和省會城市對飲用水106項指標實行全覆蓋，對給水工藝的設計就提出了更加嚴格的要求。2017年住房城鄉(xiāng)建設部標準定額司發(fā)布征求國家標準《室外給水設計規(guī)范(征求意見稿)》改編意見函，要求對規(guī)范進行合理科學的修訂。本文參考美國現(xiàn)行給水設計規(guī)范《給水工程設計標準》(Recommended standard for water works,以下簡稱“標準”)，通過對美國“標準”中水源開發(fā)、處理過程、藥劑應用、泵設施、出水儲存、配水系統(tǒng)管道、附屬物以及廢棄物等內(nèi)容的研究，與我國現(xiàn)行的“規(guī)范”進行對比，提出我國“規(guī)范”中技術(shù)參數(shù)上存在的不足及差異，為我國“規(guī)范”的修訂提供參考依據(jù)。
中美給水設計規(guī)范體系現(xiàn)狀
1.1 我國給水設計規(guī)范體系現(xiàn)狀
我國基礎性的水事法典為《中華人民共和國水法》，規(guī)定了各項基本水事法律原則和基本水事法律制度，我國給水工程相關規(guī)范主要包括《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》(GB 50788-2012)、《室外給水設計規(guī)范》(GB 50013-2006)、《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB 50332-2002)和《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB 50282-2016)等，其中《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》(GB 50788-2012)為全文強制性國家標準。供水廠工程主要設計依據(jù)《室外給水設計規(guī)范》(GB 50013-2006)，該規(guī)范于1986年制定，并于1997年進行了局部修訂，主要對生活用水量的確定方法和定額標準作了較大變更, 而對規(guī)范的內(nèi)容和基本結(jié)構(gòu)未作大的改動。2003年5月，住房城鄉(xiāng)建設部批復同意對該規(guī)范進行全面修訂，2006年1月18日建設部以公告第410號批準新規(guī)范頒布, 自2006年6月1日起正式實施，原《室外給水設計規(guī)范》(GBJ13-86)同時廢止?！妒彝饨o水設計規(guī)范》(GB 50013-2006)作為工程建設技術(shù)規(guī)范，內(nèi)容重點是工程項目建設的規(guī)模、布局、功能、性能要求，以及實現(xiàn)功能、性能要求的相應技術(shù)措施，包括必要的控制性指標。
1.2 美國給水設計規(guī)范體系現(xiàn)狀
美國根據(jù)水資源利用和管理的需要制定相應的法律法規(guī)，與水相關的法規(guī)主要包括《清潔水法》和《安全飲用水法》，均由美國環(huán)境保護署(Environmental Protection Agency，EPA)頒布。在給水設計方面，美國各州自行制定給水設計規(guī)范，“Ten State Standards”是一套由密西西比河上游理事會(the Great Lakes-Upper Mississippi River Board，GLUMRB)制定的規(guī)范，主要包括了供水設施、污水處理設施、下水道系統(tǒng)以及游泳池設計等規(guī)定與標準。《給水工程設計標準》是“Ten State Standards”標準中關于供水設施的設計規(guī)范。1953年，《給水工程設計標準》由供水委員會 (Water Supply Committee)以報告的形式首次發(fā)布，隨后于1962年到2012年進行了10次修訂和公布，以此規(guī)范為設計依據(jù)的州主要包括安大略州、伊利諾伊州、印第安納州、愛荷華州、密歇根州、明尼蘇達州、密蘇里州、紐約州、俄亥俄州、賓夕法尼亞州和威斯康辛州。
中美設計規(guī)范對比
2.1 室外給水設計規(guī)范結(jié)構(gòu)對比
我國“規(guī)范”結(jié)構(gòu)中共有11章，主要包括總則、術(shù)語介紹、給水系統(tǒng)、設計水量、取水、泵房、輸配水、水廠總體設計、水處理、凈水廠排泥水處理以及檢測與控制。美國“標準”共有9章，內(nèi)容涵蓋了規(guī)劃遞交、一般設計規(guī)定、水源開發(fā)、處理過程、藥劑應用、泵設施、出水儲存、配水系統(tǒng)管道與附屬物和廢棄物。
從結(jié)構(gòu)上看，美國“標準”未設總則，而是用“Policy Statement”(政策說明)來代替總則內(nèi)容。“標準”中單列了“規(guī)劃遞交”和“藥劑應用”章節(jié)，其中“規(guī)劃遞交”限定了設計流程和審查要求，“藥劑應用”主要是對飲用水處理過程中使用的藥劑在應用與存儲等方面進行規(guī)定，還包括常規(guī)藥劑、特殊藥劑的使用以及操作人員安全的規(guī)定;我國“規(guī)范”中對藥劑投加量和存儲也進行相關規(guī)定，但內(nèi)容未涉及操作人員使用藥劑的安全性等方面。
2.2 取水
我國“規(guī)范”在取水方面主要針對水源選擇、地下水取水構(gòu)筑物和地表水取水構(gòu)筑物的種類和參數(shù)進行限定和說明;美國“標準”中“水源開發(fā)”內(nèi)容相當于我國“規(guī)范”中的“給水系統(tǒng)”、“設計水量”以及“取水”這3章內(nèi)容的綜合，均規(guī)定了以地表水和地下水做為水源地時，對水量與水質(zhì)的要求，同時包括取水構(gòu)筑物的設計要求。中美設計規(guī)范在水源選擇上存在的差異主要是美國“標準”對取水流程要求更嚴格，水源選擇必須進行水質(zhì)評估，取樣并評估水中微生物特性、物理特性(包括溶氧量)、化學特性和放射特性，審查機關審查分析結(jié)果合格后，才可作為供水系統(tǒng)的水源。
2.3 泵房
我國“規(guī)范”中泵房部分主要對吸水井、吸水條件、進出水管道設計流速、起重設備、水泵機組布置以及泵房布置等方面進行規(guī)定;美國“標準”中第六章“泵設施”主要包括吸水高度、增壓泵、自動和遠程控制以及附屬物。中美設計規(guī)范均對水泵吸水條件有設計要求，兩者區(qū)別主要體現(xiàn)在我國“規(guī)范”更側(cè)重泵房設計，美國“標準”更多限定了水泵本身的設計要求，不包括泵房內(nèi)構(gòu)筑物的設計，“標準”中將水泵的閥門、管道以及儀表作為附屬物，進行單獨闡述，我國“規(guī)范”中沒有對其進行設計規(guī)定。
2.4 輸配水
我國“規(guī)范”在輸配水方面主要對水力計算、管道布置和敷設、管渠材料和附屬設施、調(diào)蓄構(gòu)筑物等方面進行規(guī)定;美國“標準”第八章“配水系統(tǒng)管道與附屬物”中闡述了管道材料、系統(tǒng)設計、閥門、消防龍頭、自來水管道安裝、與污染源分離距離和水服務等方面的設計要求。美國“標準”未提及輸配水的水力計算，同時中美在管道材料的選擇上也存在差異。我國“規(guī)范”要求管道材料應符合現(xiàn)行國家標準《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》(GB/T17219-1998)的規(guī)定，美國“標準”規(guī)定輸配水管道材料選擇應符合美國國家標準學會(American National Standards Institute: ANSI)頒布的有關標準，如ANSI/ASTM F1155 2010 “Practice for Selection and Application of Piping System Materials”(管道系統(tǒng)材料的選擇和應用實施規(guī)程)，安裝的管道應按照相應的AWWA標準進行壓力試驗和滲漏試驗，新建管網(wǎng)的用水管道按照“AWWA標準C651”進行消毒，所有水管應充分沖洗、消毒并進行微生物含量測試后方可使用。
2.5 水廠總體設計
我國“規(guī)范”中水廠設計部分主要包括廠址選擇、生產(chǎn)和附屬構(gòu)筑物布置要求;美國“標準”的第二章“一般設計規(guī)定”中對廠區(qū)布置、構(gòu)筑物布置、電氣控制、備用電源、實驗室設施以及安全措施進行規(guī)定。中美對構(gòu)筑物布置的要求主要包括廠區(qū)功能分區(qū)和未來廠區(qū)擴建規(guī)劃，美國“標準”同時對實驗室設施和安全性進行了更加具體的要求。
2.6 水處理工藝
中美設計規(guī)范均重點闡述了水處理工藝的設計要求。我國“規(guī)范”在水處理工藝設計方面主要包括預處理、混凝劑和助凝劑的投配、混凝、沉淀、澄清、過濾、地下水除鐵和除錳、除氟、消毒和水質(zhì)穩(wěn)定處理;美國“標準”第四章“處理過程”主要包括微篩分、澄清、過濾、消毒、軟化、陽離子交換、曝氣、鐵錳控制、穩(wěn)定和除臭。中美對各工藝段設計和工藝參數(shù)的要求有一定差異，以下以絮凝、沉淀、過濾、消毒、深度處理為例進行對比。
2.6.1 常規(guī)處理工藝
美國“標準”中絮凝池種類單一，采用漸縮(即速度遞減)絮凝，我國“規(guī)范”中有4種絮凝池，分別是隔板、機械、折板和網(wǎng)格絮凝池，表1所示為美國和我國不同絮凝工藝停留時間和流速參數(shù)的對比。以隔板絮凝池為例，我國“規(guī)范”提供的絮凝停留時間為20~30 min，而美國“標準”要求的時間更長，需至少30 min，絮凝時間延長更有利于絮體與污染物的接觸。在流速方面，我國“規(guī)范”中分別限定了2種速度，即起段流速和末端流速，美國“標準”僅對末端流速進行限定，且范圍寬于我國“規(guī)范”中的要求。
表2所示為沉淀工藝停留時間和溢流速度的對比。以平流沉淀池為例，美國“標準”要求的沉淀時間較長(≥4 h)，溢流速度較小(1.2 m/h)。沉淀停留時間長、流速低可以節(jié)約藥劑，提高沉淀后水質(zhì)，并有足夠的調(diào)節(jié)時間，較強的抗沖擊負荷能力。停留時間短可以節(jié)省基建投資，減少占地面積。設計沉淀工藝的停留時間和流速，需要根據(jù)場地面積、投資成本、沉后水水質(zhì)要求等多方面進行綜合經(jīng)濟技術(shù)分析而確定。
表3所示為過濾工藝中濾料種類和濾速的參數(shù)對比。我國“規(guī)范”中濾池種類有普通快濾池、V形濾池、虹吸濾池以及重力式無閥濾池;美國“標準”中過濾池種類較多，有重力過濾池、壓濾池、硅藻泥過濾池、慢砂過濾池、直接過濾池、深床重力過濾池以及生物濾床。從過濾種類上來看，“標準”中硅藻泥過濾池、直接過濾池和生物濾床過濾形式較為先進，但采用硅藻泥過濾池、直接過濾池和生物濾床，需先進行中試研究，確定工藝參數(shù)，并符合設計規(guī)范要求，審查機關批準后，方可投入使用。美國“標準”中對濾速的要求比較寬泛，在綜合分析原水水質(zhì)、預處理程度、過濾介質(zhì)、水質(zhì)控制參數(shù)、操作人員能力和審查機關要求的因素后確定濾池濾速。濾速在4.88~9.76 m/h。
表4所示為濾池濾速及濾料種類，可知我國濾速主要與濾料厚度有關。
在消毒方面，我國“規(guī)范”主要對氯、氯胺、二氧化氯和臭氧消毒進行設計要求;美國“標準”不僅對氯、臭氧消毒中涉及的設備和工藝參數(shù)進行要求，同時對紫外線消毒也進行了重點闡述，美國在紫外線消毒技術(shù)的應用上已經(jīng)有較成熟的經(jīng)驗，而我國在該方面尚缺乏相關的技術(shù)參數(shù)要求。美國“標準”對消毒接觸時間的確定提出了更加嚴格的要求，需綜合考慮投加消毒劑對水中的pH、氨、臭味產(chǎn)生物質(zhì)、溫度、細菌總數(shù)、消毒副產(chǎn)物等相關因素的影響;我國“規(guī)范”中限定了氯消毒有效接觸時間不應小于30 min，氯胺消毒有效接觸時間不應小于2 h。
2.6.2 深度處理工藝
我國“規(guī)范”和美國“標準”對深度處理工藝的設計要求主要包括臭氧和活性炭，“標準”在臭氧設計方面較為成熟，不僅設計臭氧發(fā)生器以及接觸器，還對尾氣分解處理進行要求，規(guī)定尾氣分解最大允許臭氧濃度為0.1 ppm。美國“標準”中在膜處理工藝設計中對膜材料和膜清潔有設計要求。根據(jù)水質(zhì)的好壞選取膜處理材料，通常采用醋酸纖維素和聚酰胺復合材料，為防止膜污染，需增設預處理措施，延長膜使用壽命;對膜材料的操作條件和壽命進行限定，主要影響因素是膜的類型、原水水質(zhì)和工藝操作方法;對膜的清潔方法和使用的化學品都有嚴格的要求。
2.7 凈水廠排泥水處理
我國“規(guī)范”中主要對凈水廠排泥水的工藝流程、調(diào)節(jié)、濃縮、脫水以及泥餅處置與利用進行設計規(guī)定;美國“標準”中第九章“廢棄物”對生活廢物、濃鹽廢水、沉淀軟化污泥、鋁鹽污泥以及過濾池沖洗水進行設計規(guī)定。我國“規(guī)范”只規(guī)定凈水廠排泥水處理應包括沉淀池(澄清池)排泥水、氣浮池浮渣和濾池反沖洗廢水，不包括對生活廢物的處理要求。
2.8 檢測與控制
我國“規(guī)范”對水廠的檢測與控制的設計要求包括在線檢測、控制以及計算機控制管理系統(tǒng);美國“標準”中則包括自動化水廠報警與應急系統(tǒng)、計算機安全以及人員操作常見問題等。“標準”中對自動化控制水平要求較高，通過計算機技術(shù)、設備控制、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)可遠程操控水處理廠，并要求定期對系統(tǒng)進行評估與維護，配備設備故障和通信或電力損壞的應急操作。
建議
根據(jù)中美室外給水設計規(guī)范的對比分析，提出以下幾點針對我國《室外給水設計規(guī)范》修訂的建議：
(1)加快我國《室外給水設計規(guī)范》更新頻率，定期完善相關技術(shù)參數(shù)和設計要求，保障規(guī)范的動態(tài)性和周期性。我國“規(guī)范”實施近11年，更新與修訂的周期較長，部分設計參數(shù)與工藝已不符合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)的要求，根據(jù)國家技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟建設需求對規(guī)范進行實時更新，以確保我國“規(guī)范”內(nèi)容與相關政策法規(guī)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)性。
(2)優(yōu)化我國《室外給水設計規(guī)范》標準體系，保證規(guī)范條文的法律性和靈活性。我國“規(guī)范”中包括強制性條文22條和其余推薦性條文，可將與室外給水工程相關的現(xiàn)行法規(guī)標準中強制性條文進行匯總和更新，形成一套具有法律效力的全文強制性規(guī)范，用于政府監(jiān)管，并將推薦性條文靈活地用于行業(yè)標準、地方標準、企業(yè)標準，使技術(shù)更加高效，市場更加開放。
(3)增加先進水處理技術(shù)的規(guī)范要求，補充國內(nèi)現(xiàn)有成熟經(jīng)驗的新技術(shù)和新工藝，借鑒國外相關技術(shù)規(guī)范內(nèi)容，增加相關“智慧水務”建設技術(shù)規(guī)范要求，發(fā)揮信息化手段滿足現(xiàn)代水務發(fā)展需求，準確掌握供水系統(tǒng)的運行狀況，實現(xiàn)資源共享，提高水資源綜合管理能力。
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