通過對比中美室外給水設計規范存在的差異，提出多方面的建議，為我國《室外給水設計規范》的修訂提供參考，推進我國技術規范標準體系的發展。
前言：我國最新的《室外給水設計規范》(GB50013-2006,以下簡稱“規范”)于2006年1月18日發布，并于2006年6月1日正式實施，而現行《生活飲用水衛生標準》(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范，給實際工程設計帶來了一定的矛盾性，尤其體現在2015年后國家要求各省(區、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年住房城鄉建設部標準定額司發布征求國家標準《室外給水設計規范(征求意見稿)》改編意見函，要求對規范進行合理科學的修訂。本文參考美國現行給水設計規范《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、處理過程、藥劑應用、泵設施、出水儲存、配水系統管道、附屬物以及廢棄物等內容的研究，與我國現行的“規范”進行對比，提出我國“規范”中技術參數上存在的不足及差異，為我國“規范”的修訂提供參考依據。
中美給水設計規范體系現狀
1.1 我國給水設計規范體系現狀
我國基礎性的水事法典為《中華人民共和國水法》，規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范主要包括《城鎮給水排水技術規范》(GB 50788-2012)、《室外給水設計規范》(GB 50013-2006)、《給水排水工程管道結構設計規范》(GB 50332-2002)和《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)等，其中《城鎮給水排水技術規范》(GB 50788-2012)為全文強制性國家標準。供水廠工程主要設計依據《室外給水設計規范》(GB 50013-2006)，該規范于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, 而對規范的內容和基本結構未作大的改動。2003年5月，住房城鄉建設部批復同意對該規范進行全面修訂，2006年1月18日建設部以公告第410號批準新規范頒布, 自2006年6月1日起正式實施，原《室外給水設計規范》(GBJ13-86)同時廢止。《室外給水設計規范》(GB 50013-2006)作為工程建設技術規范，內容重點是工程項目建設的規模、布局、功能、性能要求，以及實現功能、性能要求的相應技術措施，包括必要的控制性指標。
1.2 美國給水設計規范體系現狀
美國根據水資源利用和管理的需要制定相應的法律法規，與水相關的法規主要包括《清潔水法》和《安全飲用水法》，均由美國環境保護署(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)制定的規范，主要包括了供水設施、污水處理設施、下水道系統以及游泳池設計等規定與標準?！督o水工程設計標準》是“Ten State Standards”標準中關于供水設施的設計規范。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布，隨后于1962年到2012年進行了10次修訂和公布，以此規范為設計依據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。
中美設計規范對比
2.1 室外給水設計規范結構對比
我國“規范”結構中共有11章，主要包括總則、術語介紹、給水系統、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，內容涵蓋了規劃遞交、一般設計規定、水源開發、處理過程、藥劑應用、泵設施、出水儲存、配水系統管道與附屬物和廢棄物。
從結構上看，美國“標準”未設總則，而是用“Policy Statement”(政策說明)來代替總則內容。“標準”中單列了“規劃遞交”和“藥劑應用”章節，其中“規劃遞交”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定，還包括常規藥劑、特殊藥劑的使用以及操作人員安全的規定;我國“規范”中對藥劑投加量和存儲也進行相關規定，但內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“規范”在取水方面主要針對水源選擇、地下水取水構筑物和地表水取水構筑物的種類和參數進行限定和說明;美國“標準”中“水源開發”內容相當于我國“規范”中的“給水系統”、“設計水量”以及“取水”這3章內容的綜合，均規定了以地表水和地下水做為水源地時，對水量與水質的要求，同時包括取水構筑物的設計要求。中美設計規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果合格后，才可作為供水系統的水源。
2.3 泵房
我國“規范”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。中美設計規范均對水泵吸水條件有設計要求，兩者區別主要體現在我國“規范”更側重泵房設計，美國“標準”更多限定了水泵本身的設計要求，不包括泵房內構筑物的設計，“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“規范”中沒有對其進行設計規定。
2.4 輸配水
我國“規范”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、調蓄構筑物等方面進行規定;美國“標準”第八章“配水系統管道與附屬物”中闡述了管道材料、系統設計、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“規范”要求管道材料應符合現行國家標準《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)的規定，美國“標準”規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”(管道系統材料的選擇和應用實施規程)，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“規范”中水廠設計部分主要包括廠址選擇、生產和附屬構筑物布置要求;美國“標準”的第二章“一般設計規定”中對廠區布置、構筑物布置、電氣控制、備用電源、實驗室設施以及安全措施進行規定。中美對構筑物布置的要求主要包括廠區功能分區和未來廠區擴建規劃，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
中美設計規范均重點闡述了水處理工藝的設計要求。我國“規范”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、消毒和水質穩定處理;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、穩定和除臭。中美對各工藝段設計和工藝參數的要求有一定差異，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“規范”中有4種絮凝池，分別是隔板、機械、折板和網格絮凝池，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的對比。以隔板絮凝池為例，我國“規范”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、流速低可以節約藥劑，提高沉淀后水質，并有足夠的調節時間，較強的抗沖擊負荷能力。停留時間短可以節省基建投資，減少占地面積。設計沉淀工藝的停留時間和流速，需要根據場地面積、投資成本、沉后水水質要求等多方面進行綜合經濟技術分析而確定。
表3所示為過濾工藝中濾料種類和濾速的參數對比。我國“規范”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，并符合設計規范要求，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、預處理程度、過濾介質、水質控制參數、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的應用上已經有較成熟的經驗，而我國在該方面尚缺乏相關的技術參數要求。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、臭味產生物質、溫度、細菌總數、消毒副產物等相關因素的影響;我國“規范”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，不僅設計臭氧發生器以及接觸器，還對尾氣分解處理進行要求，規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。根據水質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“規范”中主要對凈水廠排泥水的工藝流程、調節、濃縮、脫水以及泥餅處置與利用進行設計規定;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定。我國“規范”只規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;美國“標準”中則包括自動化水廠報警與應急系統、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、設備控制、監控和數據采集(SCADA)系統可遠程操控水處理廠，并要求定期對系統進行評估與維護，配備設備故障和通信或電力損壞的應急操作。
建議
根據中美室外給水設計規范的對比分析，提出以下幾點針對我國《室外給水設計規范》修訂的建議：
(1)加快我國《室外給水設計規范》更新頻率，定期完善相關技術參數和設計要求，保障規范的動態性和周期性。我國“規范”實施近11年，更新與修訂的周期較長，部分設計參數與工藝已不符合現行《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)的要求，根據國家技術發展和經濟建設需求對規范進行實時更新，以確保我國“規范”內容與相關政策法規的統一和協調性。
(2)優化我國《室外給水設計規范》標準體系，保證規范條文的法律性和靈活性。我國“規范”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行法規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范，用于政府監管，并將推薦性條文靈活地用于行業標準、地方標準、企業標準，使技術更加高效，市場更加開放。
(3)增加先進水處理技術的規范要求，補充國內現有成熟經驗的新技術和新工藝，借鑒國外相關技術規范內容，增加相關“智慧水務”建設技術規范要求，發揮信息化手段滿足現代水務發展需求，準確掌握供水系統的運行狀況，實現資源共享，提高水資源綜合管理能力。
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