装配式建筑污水自循环系统设计及工程应用

引言

随着装配式建筑的快速发展，传统排水系统难以满足其模块化建造和可持续发展的需求。水资源短缺和环境保护的双重压力，促使装配式建筑需要创新的水循环解决方案。本文基于装配式建筑的结构特点和水质特征，研究污水自循环系统的设计方法与关键技术，旨在建立高效、可靠、经济的建筑水循环利用模式。通过系统集成与智能控制技术的应用，解决装配式建筑中水回用的特殊挑战，为绿色建筑发展提供技术支持。

一、装配式建筑污水自循环系统设计原理

（一）装配式建筑的特点与用水需求

装配式建筑是一种采⽤工厂预制构件和部件的方式，通过标准化和模块化设计，实现构件的批量生产，提高了施工效率和质量控制水平，其用水需求具有阶段性特征：施工期主要产生混凝土养护废水和设备冲洗水，使用期则以生活污水为主，包括洗浴、厨房和冲厕排水。这类建筑产生的污水具有空间分布集中、水质波动大的特点，其中施工废水含高浓度 ss 和碱性物质，生活污水则富含有机物和洗涤剂。由于装配式建筑采用标准化接口设计，其排水系统更便于实现同层收集和模块化处理，为污水源头分类和分级回用创造了有利条件，这种结构特性是传统现浇建筑所不具备的。

（二）污水自循环系统的基本概念和技术

装配式建筑污水自循环系统是指将建筑产生的污水经现场处理后循环利用的闭环系统，由收集管网、处理模块、回用设备和智能监控平台组成。其工作原理是通过物理过滤、生物降解和消毒工艺，将污水净化至可回用标准，主要用于冲厕、绿化和场地冲洗。相比传统排水系统，该技术可使装配式建筑节水40% 以上，减少污水排放 60% ，特别适合模块化建筑的标准化接口设计。装配式建筑的工厂化预制特点使处理设备能实现模块化集成，大幅降低现场施工难度和维护成本。

二、装配式建筑污水自循环系统设计

（一）系统总体设计

装配式建筑污水自循环系统采用 " 分级处理 - 模块集成 - 智能管控 " 的总体架构设计，以高效性、可靠性和经济性为核心原则。系统通过同层排水管网实现污水的源头分类收集，处理环节采用紧凑型 MBR 膜组与紫外消毒设备的模块化组合，处理能力按日均用水量的 1.2 倍配置。处理后的中水储存在装配式不锈钢水箱中，通过变频泵组供给冲厕和绿化使用。设计特别注重与建筑主体的集成度，将主要设备预埋在结构空腔或设备夹层内，既保证系统运行效率，又避免破坏建筑外观。智能监控平台实时调节处理参数，确保出水COD⩽30mg/L 、浊度 ⩽1NTU 的同时，使运行能耗较传统系统降低 35% 以上。

（二）污水收集与预处理系统设计

装配式建筑污水收集系统采用同层排水设计，通过标准化接口连接各功能单元，管道沿建筑模块接缝处隐蔽敷设，检查井间距控制在 15 米以内。预处理系统集成格栅沉砂一体化装置，栅隙 5mm 可拦截 90% 以上悬浮物，旋流沉砂单元去除 0.2mm 以上砂粒。调节池采用 PE 模块化拼装结构，内置 pH 实时调节装置，有效均衡水质水量波动。系统创新采用可拆卸式滤网设计，便于在建筑全生命周期内进行维护，预处理后污水 SS 浓度降至 50mg/L 以下，为后续深度处理创造有利条件。

（三）污水处理系统设计

污水处理可以分为物理处理、化学处理和生物处理 3 大工艺。装配式建筑污水处理系统采用模块化生物与物化组合工艺，生物处理单元通过厌氧和好氧反应有效降解有机物，配套的膜分离装置确保出水清澈。物化处理单元包含多级过滤和消毒环节，进一步净化水质。系统采用智能控制技术自动调节运行参数，各处理单元紧凑集成，与建筑结构完美配合。处理后的水质完全满足回用标准，可用于冲厕、绿化等非饮用用途，整个系统运行稳定可靠，维护简便，充分体现装配式建筑集成化、标准化的特点。

（四）污水储存与回用系统设计

装配式建筑污水储存与回用系统采用模块化储水单元设计，清水池与回用水池通过智能水位联动控制实现稳定供水。系统管道采用环形管网布置，与建筑给排水系统并行敷设，通过颜色标识区分回用水管道。用水点设置覆盖冲厕、绿化灌溉、道路清洗等非饮用需求，各终端配备防回流装置确保用水安全。储水单元内置自清洁系统和消毒维持装置，与建筑主体结构协同设计，既保证系统功能完整性，又保持建筑美观性。回用系统通过压力平衡装置实现恒压供水，确保各用水点流量稳定，整体设计充分体现装配式建筑的标准化和集成化优势。

三、装配式建筑污水自循环系统的关键技术

（一）污水处理技术优化

装配式建筑污水自循环系统的关键技术在于污水处理工艺的持续优化与创新应用。通过改进传统生物处理工艺，采用复合式膜生物反应器技术，膜生物处

理与活性炭的污水处理方式相似，主要利用膜生物器将污水中有害物质或肉眼可见杂质进行吸附，显著提升了有机污染物的去除效率，同时大幅减小了处理设施的占地面积。高级氧化技术的引入有效解决了难降解有机物的处理难题，使出水水质更加稳定可靠。系统特别注重处理工艺的模块化设计，将曝气、沉淀、过滤等单元集成在标准化设备中，便于与建筑主体同步安装调试。针对装配式建筑的特点，开发了智能加药系统和自适应控制算法，能够根据水质变化自动调节运行参数。新型纳米材料的应用进一步提高了过滤效果，而低能耗紫外消毒装置则确保了回用水的生物安全性。

（二）智能控制系统设计

装配式建筑污水自循环系统的智能控制系统采用物联网架构实现全过程自动化管理。系统通过分布式传感器网络实时采集水质参数和设备状态，构建起全方位的运行监测体系。核心功能包括动态水质分析、工艺参数自动调节和智能预警机制，能够精准控制处理流程的各个环节。控制平台具备自主学习能力，可不断优化系统运行策略，实现节能降耗的目标。设备运行模块采用冗余设计确保可靠性，同时支持远程监控和移动端操作。故障诊断系统能够快速定位问题并给出解决方案，大幅降低运维难度。通过对污水处理过程中的图像数据进行分析，识别可能的质量问题，如管道连接是否牢固、管道设备是否完好等，帮助安全员及时发现并解决问题。

（三）系统集成与协同优化

装配式建筑污水自循环系统的集成与协同优化通过统一管控平台实现各子系统的有机融合。系统采用模块化设计理念，将收集管网、处理设备、储水单元和回用装置整合为协调运作的整体，通过智能算法动态平衡各环节的运行状态。在具体实施中，通过三维仿真技术预先验证系统布局的合理性，优化设备间的联动关系。实际工程案例表明，这种集成化设计显著提升了系统的运行流畅度，处理单元与回用系统形成良性互动，避免了传统设计中常见的水量波动冲击问题。系统通过自适应调节机制，确保在建筑不同使用时段都能保持最佳运行效率，各子系统相互配合实现水资源的最大化利用。这种协同优化模式不仅提高了系统的稳定性，还延长了设备使用寿命，为装配式建筑提供了可靠的水循环管理方案。

结语

本研究构建的装配式建筑污水自循环系统，通过模块化设计和智能控制实现了水资源的高效循环利用。未来研究应进一步优化处理工艺的能耗表现，探索新型材料的应用潜力，并加强系统在极端水质条件下的适应能力。随着技术的不断完善，污水自循环系统将成为装配式建筑的标准配置，推动建筑业向更加可持续的方向发展。

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