磁混凝沉淀池钢结构与混凝土结构的对比分析

磁混凝沉淀池钢结构与混凝土结构的对比分析

王承超 王建贵 张疆

深圳市净诺环境治理有限公司 广东省深圳市 518106

摘 要：

磁混凝沉淀技术是基于传统混凝沉淀技术的原理上，而产生的一种新型的高效水处理技术，该技术可以用两种不同的材料结构投入实际工程的应用，即钢结构和混凝土结构。本文以深圳市合水口污水处理站采用的钢结构的磁混池为例，来对这两种建设结构的建设速度、成本、运行风险作详细分析，以及结合工程中存在的其他因素进行对比，来说明采用钢结构建设磁混凝沉淀池是否具有了一定优势。

关键词：磁混凝；钢结构；混凝土结构；成本

引言：

随着我国对环境保护事业的重视，污水处理厂在这几年开始迅速普及，污水处理厂的建设和运行往往会牵涉到成本、安全、运行风险以及建设速度等问题，这几个问题又与建设所使用的材料具有很大联系。近几年，相对于传统的混凝土材料结构，钢结构也逐渐体现了其优势而被得到广泛的应用。磁混凝高效沉淀池作为一种高效的水处理技术，已在各地污水处理厂得到重用，而用何种结构来建设磁混凝高效沉淀池，才能来达到更好的效益，是目前值得论证的一个问题。

1.磁混凝技术的原理和应用

磁混凝沉淀技术是在普通混凝沉淀工艺中同步加入磁粉，磁粉可与混凝剂和絮凝剂一起发挥作用，使得吸附污染物而生成的絮体密度更大、更结实，从而达到更好的沉降效果，其中磁粉和絮凝剂对细菌和病毒都有一定的吸附作用^[1]。相对于传统的混凝沉淀，磁混凝具有运行效果好、占地面积小、抗冲击负荷能力强等优点。目前该技术已在多个领域得到应用。

2.钢结构、混凝土结构概述

在我国，钢结构事业在上世纪80年代开始投入工程建设，随着近年的发展，钢结构已在桥梁、房屋和工业工程建设广泛应用。而钢结构磁混池即以钢作为主材料建设而成的污水处理单元，其中包括一体化工艺设备和由钢材料连接而成的，连接又可分为螺栓连接和焊缝连接，在磁混池建设中，主要以焊缝连接来进行。

混凝土结构包括素混凝结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构，污水处理厂构筑物建设一般采用钢筋混凝土结构。钢筋混凝土即在混凝土中按一定比率混合钢筋，钢筋和混凝土在物理、力学性能上具有不同的性质，却能依靠两种之间存在的粘结力，有效结合并发挥各自优势。目前该种结构的污水处理构筑物最为常见。

3.钢结构与混凝土结构的比较

3.1工程情况

以深圳市合水口污水处理站日均处理水量为7万方的磁混凝池为例（变化系数k取1.3，设两组）。具体布置见下图3-1。

图3-1 钢结构的磁混池平面图

3.2建设速度比较

传统混凝土结构的磁混池从建设到投入使用，整个施工过程所涉及的工序都非常复杂，其主要流程包括：挖方、打地基、模板安装和拆除、钢筋制安以及混凝土搅合、浇筑、设备安装，每个流程都需要花费一定的时间，另外，拆模前后也需要一段时间养护。

钢结构从建设到投入使用需六个步骤：材料构件预制、挖方、打地基、焊接安装、钢板铺设、设备安装。建设制约因素在于预制构件在吊装和焊接安装以及池底与地基连接过程，这就要求安装人员具有很强的经验，来保证焊接的高效准确。

相对混凝土结构，钢结构施工流程少，且钢结构施工能够交叉作业，有效减少了施工周期。虽然目前污水处理厂采用钢结构建设的构筑物并不常见，从而缺少可参考实例，对相关建设人员具有一定的挑战性，但总的来说，钢结构在建设速度上还是比混凝土结构要快，如同样是具有经验丰富的建设团队参与建设，钢结构的建设速度至少能快50%以上。

3.3成本对比

成本主要包括材料成本、设备成本、施工费用。运行设备投资两种结构基本一致，另外施工方式存在很大差异，施工费用不进行比较。

在材料方面，以上述工程为例，经计算，钢结构所需要的材料总表面积约为1284m²，厚度为8毫米，则总体积约为10.3m³，采用Q235碳钢，密度7.85g/cm³,即总质量约为80.64吨，Q235碳钢市场价格在4500元/吨左右，则钢结构墙体原材料料费用约为36.3万元。防腐材料采用玻璃纤维以及防腐漆，因此，即便加上防腐费用，其原材料总成本可控制在40万以内，而如果采用Q345碳钢，原材料成本可控制在45万以内。

如采用上述布局，混凝土结构材料总体积约为490 m³，污水处理厂构筑物一般采用C30或C35混凝土甚至强度更高的，C35混凝土每方520元，则总价约为25.48万元。钢筋采用一级钢HPD300（φ10），经计算，最低配筋率约为0.8%，配筋率可取1%计算，则所需钢筋体积约为4.9 m³,密度为7.8g/cm³，则总质量约为38.22吨，HPB300钢材价格按市场价5110元每吨计算，则钢筋所需价格为19.53万元，混凝土钢筋总价为45.01万元。

上述材料报价均来源于工程造价信息网，原材料成本估算不包括支撑柱或支撑架的估算，下表为深圳市几个污水处理厂磁混池投资参考。

表3-1 各污水处理厂磁混池投资对照表

注：龙华A和龙华B为深圳龙华两个污水处理厂

由上表以及上述原材料估算可见，钢结构在成本上具有一定优势。而上表中龙华B污水处理厂的磁混池为全地埋式混凝土结构，其单位成本相对更高。

3.4运行期风险

运行期间两种结构均会受到污水侵蚀而存在一定风险。一是因为污水中存在一定的盐类、酸性物质，二是会受到一定的微生物腐蚀，尤其是在沉淀池底部污泥中，还存在大量的微生物，如各种厌氧菌、真菌，这些细菌不仅造成混凝土的劣化，对钢结构也能造成强烈的腐蚀，微生物的腐蚀主要是由其生命活动中产生腐蚀性物质而造成的。

钢结构由于其特性，在运行中受到较大的水压情况下，会发生一定的微变形，因此需将水量控制在一定的范围，避免超负荷情况出现。钢结构的微变形，会导致焊接处受到影响，从而破坏整个池子的完整性。混凝土结构按照正常的流程施工、维护、检测，其在短时间内并不会出现风险。

3.5其他因素

3.5.1环境影响

采用钢结构建设磁混池，可减少了建筑废料的产生，且废料可回收利用。此外，当磁混凝沉淀池使用到一定年限后，拆除产生的垃圾少，并且钢材料可以通过回收利用来处理。而传统的混凝土结构无论是在建设过程中，或是在使用年限到期后的拆除工程中，都会产生大量的建筑垃圾。

3.5.2占地面积

在相同抗压能力下，混凝土结构所需厚度明显要大很多。目前从采用钢结构的磁混池来看，其钢材料厚度基本在1厘米以下，钢结构可很大程度的减少占地面积。而采用混凝土结构，其厚度是钢结构的几十倍甚至上百倍，占地面积明显较大。

3.5.3抗腐蚀性

由于需要长期保持良好的运行效果，抗腐蚀性也是一个重要考虑因素，如果钢材料全部采用不锈钢，其成本将会大大增加，采用性价比较高的钢材料在加工和施工过程中需要抛丸除锈和防锈处理，如包裹一层玻璃纤维并涂防锈漆，防止污水和钢材料直接接触，而为保障运行稳定，每年都需进行防腐处理。混凝土结构含本身有大量碱性物质，且内部存在很多毛细孔，而在污水中又难免会存在一些盐类、酸性的物质，因此会受到一定的侵蚀，但抗腐蚀性仍比钢结构好很多。

3.5.4运行年限

钢结构在短时间内因负荷过大而破坏的概率极小，但如果钢结构生锈而没有及时保养维护，其结构强度将受极大影响，而供应商的质量保证一般在10年左右，当然，也需考虑磁混池的服务时间以及远期水量的变化而对磁混池进行扩建或者新建等问题，这对于钢结构来说，无疑是一个很大的优势。混凝土结构耐久性一般在50年以上，在考虑长期定量使用的情况下，混凝土结构更具有优势。

3.5.5工程质量

磁混池在建设中理应需要较高的精度，而钢构件生产和焊接都是由现代化设备进行的，施工精度高，质量控制好，安全隐患相对少。

4.结语

总的来说，目前采用采用钢结构建设磁混池也具有了一定的优势，但钢结构的应用还需因地制宜。而随着钢材料的发展，其现阶段钢结构存的一些不足定会得到一定的改良，如对钢材料进行更好的防腐处理，或出现性价比更高、防腐效果更好的钢材料，以及更加精确、稳定的焊接方式等。因此，在未来，采用钢结构的磁混池或将带来更好的效益，而在水处理行业被得到广泛应用。

参考文献：

[1]蒋 海，安 琳，欧 芳.磁混凝沉淀技术在城市污水处理中的应用[J].市政技术，2012（30）:108-113.

[2]王 辰，姬 爽.全钢结构对比传统混凝土结构优势[J].天津市建筑设计院，2019：64-65.

[3]胡志伟.高层建筑钢结构、混凝土结构的性价分析[J].工程设备和材料，2019（17）:127-128.