国家级海洋渔业生物种质资源库给排水系统设计探究
导读：对国家级海洋渔业生物种质资源库给排水系统进行了简述，分别介绍了生活及试验给水系统、海水冷水系统、海水热水系统、生活排水系统、试验废水排水系统、养殖废水排水系统、雨水系统及雨水回收利用系统，并对室内给排水管道安装敷设、有水房间地面排水、紧急冲淋洗眼器给排水进行了详细说明。
引用本文：吴会中，赵琛琛. 国家级海洋渔业生物种质资源库给排水系统设计探究［J］. 给水排水，2023，49（3）：87-92.
01、工程概况
国家级海洋渔业生物种质资源库项目位于青岛市南京路106号，中国水产科学研究院黄海水产研究所院内，基地东临南京路，南侧靠近江西路，与青岛市地铁3号线毗邻。本项目总建筑面积约20647 m²，其中地上建筑面积约15164 m²，地下建筑面积约5483 m²，地下二层，地上五层，建筑高度23.4 m。项目包含海洋渔业生物基因资源库、海洋渔业生物细胞资源库、海洋渔业微生物资源库、海洋渔业生物活体资源库、海洋渔业生物群体资源库以及海洋渔业生物种质资源数据处理中心和大型仪器设备共享中心，共“五库二中心”。
“五大资源库”旨在构建功能最完备的海洋渔业科学研究综合服务技术平台，定位于创建种类最多、容量最大的国家级海洋渔业生物种质资源库。入库种质资源重点涵盖高附加值海水养殖品种，从DNA、组织细胞、精子、微生物、活体、群体等角度，构建纵向的种质资源收集保藏体系。同时兼顾中国专属经济区以及远洋渔业主要经济物种、珍稀与濒危物种，并延伸到海水养殖紧密相关的海域生态环境中的诸多种类，储存量达到百万级，建成国际一流的渔业生物种质资源库。“二中心”旨在组建信息最全面的海洋渔业生物种质资源共享中心，为国内科研、教学、产业提供畅通、高效、准确的信息服务，成为我国重要的渔业生物资源保护与利用信息发布中心和国际交流中心。
02、设计方案的讨论及选择
2.1 给水系统的选择
本项目为海洋科学实验室建筑，各实验室的用水类别及水质要求各不相同，因此给水系统复杂多样，包含了生活给水系统、试验给水系统、纯净水系统、海水供水系统等。
生活给水用水点位主要指各层的卫生间用水以及各泵房、机房用水，试验用水主要指各层实验室的洗涤盆用水，城市自来水均满足二者的用水水质要求，故二者水源均为城市自来水，采用一套加压供水系统。
海洋渔业生物活体资源库、海洋渔业生物细胞资源保藏库、海洋渔业微生物资源保藏库均有活体生物养殖及保藏，需要使用新鲜海水，与其他用水系统不能合用，需要设置一套完全独立的海水供水系统。
2.2 废水处理设备的设置
科研楼的排水类别多样，包含了生活污水、试验废水、海水养殖废水。生活污水主要为洗刷和厕所冲洗污水等，排放污染物浓度约为COD 450 mg/L、BOD5 350 mg/L、SS 300 mg/L、NH3-N 30 mg/L，生活污水可直接排入市政污水管网。试验废水主要是各子库配套实验室样品提取、制备等过程中使用的酸、碱、有机试剂等，以及实验台、玻璃、金属仪器冲洗废水；实验仪器使用的有毒有害废液不进行排放，收集于专用的废液收集桶中，由专业公司定期回收处理；无菌室、基因检测室排放废水主要为试验废弃物及污染器皿灭活后清洗废水；试验废水均需要通过废水处理设备处理达标后方可排放。
海水养殖用水经过海水循环处理系统循环使用，仅有少量外排，海水废水主要来自此部分，需要经过海水废水处理设备微处理，然后集中外运处理。
03、给排水设计
3.1 给水系统
供水水源为城市自来水，且市政给水管网为双路供水，供水压力均为0.30 MPa，从两条市政给水管道上各接一根DN150给水引入管。给水系统竖向分为两个区，低区地下二层至二层，由市政直供；高区为三层至顶层，加压供水；生活给水与试验给水合用一套无负压给水加压设备，设置于地下二层的给水机房内。最高日生活用水量为7.68 m³/d，最大时生活用水量为1.33 m³/h；最高日试验用水量为37.20 m³/d，最大时试验用水量为5.81 m³/h。
科研楼的试验给水点位均需要根据各实验室的平面布局而定，试验洗涤盆、洗手盆的数量多且分散，同时需要考虑紧急冲淋洗眼器用水、VAV用水以及空调用水等，给水横管的布置位置是一个重要问题。根据与甲方及审图单位的沟通，本着节约实用的原则，一层及二层共用给水横干管，敷设于一层吊顶内，三层至顶层的给水横干管均敷设于相对应的下一层吊顶内，同时给水横干管均需避开有无菌洁净要求的微生物无菌室（如蛋白分析实验室、免疫分析实验室）、细胞培养室（如显微分析室）、诊断实验室（如核酸分析实验室）内部空间，均布置于洁净走廊、冲洗室、缓冲室及风淋室内。
3.2 海水供水系统
3.2.1 海水冷水系统
在地下二层设置新鲜海水储存池及海水加压泵房，根据黄海水产研究所科学家使用要求，新鲜海水使用量为100 m³/d，为保持海水的新鲜程度，外运海水必须每日送达，通过室外管道接口，送至地下的海水储存池内，通过海水专用加压泵供给各海水用水点。新鲜海水主要用于海洋渔业生物活体资源库（如鱼类、虾类、贝类、棘皮动物活体资源库和生物活体检疫室）、海洋渔业生物细胞资源保藏库（如大型海藻种质库）、海洋渔业微生物资源保藏库（如试验动物室、微生物安全水族分析室）的海水养殖用水，同时各海水养殖处均需预留淡水用水点位（淡水可采用城市自来水）。
3.2.2 海水热水系统
海水养殖系统不但需要冷海水，同时也需热海水来保证各活体生物所需要的适宜生存温度。海水热水系统采用机械循环集中太阳能热水系统，屋顶及每层的太阳能热媒、热水供回水管道均采用同程布置，热媒及热水供回水横干管应设有不小于3‰的坡度。按照科学家使用要求，需要循环加热的海水约为40 m³/d，每天按照8 h计算，则设计小时热水量为5.0 m³/h；海水循环加热的设计小时耗热量约为536459.4 kJ/h（约149 kW）。
本工程的初始海水温度按10℃计，设计海水温度为35℃，采用槽式太阳能集热器+油水换热器（钛合金），太阳能系统内导热介质和海水直接换热，无需防冻保护、水处理和定压补水装置。青岛年均辐照量为5 400～6 700 MJ/m²，总日照小时数为2 200～3000 h。根据建筑物实际情况及日照资源，槽式太阳能集热器采用南北摆放，东西追踪方式。运行模式及控制方式为：辐照度低于一定值时，太阳能系统不工作，利用空气能热泵加热海水；辐照度高于一定值，且当海水水温低于35℃时，太阳能系统工作，驱动导热油进入油水换热器与海水换热；空气能热泵热水系统和太阳能热水系统互为独立系统，即空气能热泵热水系统独立控制。槽式太阳能系统流程见图1。
图1 槽式太阳能系统流程
槽式太阳能集热器开口尺寸为2.55m，导热介质采用导热油，导热油闪点不低于215℃；跟踪方式采用角度跟踪传感器，传感器分辨率为±0.02，跟踪精度为±0.1；金属直通真空管能耐受温度不得低于400℃；采用PLC+可视化智能面板的系统控制方式。
当夏季贮水箱内海水温度达到使用要求，集热系统会停止换热，或集热循环泵故障暂停运行，就会出现太阳能集热器“闷晒”状态，导热油会受热膨胀，甚至汽化，此时系统中设置的油气分离器组件、膨胀管和高低位槽组件就会起到稳压和缓冲作用，保障整个集热系统的安全。
海水热水系统在屋顶设置太阳能机房、海水热水箱及热水和热媒的加压泵、循环泵，热水箱有效容积不小于10m³。太阳能集热循环泵采用温差循环，当太阳能集热器温度传感器T1与水箱温度传感器T2的温差不小于7℃，即（T1-T2）≥7℃时（可调），启动介质（导热油）循环水泵和太阳能换热加压泵；当（T1-T2）≤2℃时（可调），停止介质（导热油）循环水泵和太阳能换热加压泵。需要设置防过热防护控制措施，当水箱温度传感器T2≥40℃时，介质（导热油）循环水泵和太阳能换热加压泵关闭，集热循环停止；当水箱温度传感器T2＜35℃时，介质（导热油）循环水泵和太阳能换热加压泵开启，集热循环开启。
3.2.3 海水供水系统
管材及安装海水中含有的生物、化学物质都会对管材造成影响，因此海水供水的管材必须具有特殊的防腐性能，本项目的海水冷水、热水供水管材采用氯化聚氯乙烯（CPVC）管，采用承插式粘接连接，粘接剂为氯化聚氯乙烯（CPVC）管道专用。海水冷热水横干管设置于各用水点所在楼层的吊顶内，便于后期使用及灵活调整。
屋顶导热油热媒管道采用20#无缝钢管，焊接连接。导热油系统应设置过滤器，目数为不低于30目，安装在导热油循环泵、油水换热器及注油泵的入口。导热油管道采用复合保温材料保温，内层采用硅酸铝棉制品，其燃烧性能等级为A级；外层保温材料为硬质聚氨酯泡沫塑料制品，其燃烧性能等级为B1级；保温材料外保护层采用镀锌薄钢板，其燃烧性能等级为A级。
3.3 纯净水系统
资源库内各科室纯净水用水点分散且用量不大，通过与业主沟通，本着节约的原则，不再设置集中供水系统，不设置纯净水供回水管道，在2层至5层设置中央纯水制作间，内设中央超净水设备，每层1套，由各实验室自行取用。
3.4 排水系统
室内生活污、废水采用合流制系统，室外雨、污水采用分流制系统，试验废水单独收集后处理排放，海水养殖废水单独收集外运处理。最高日生活排水量为6.91 m³/d，最大时生活排水量为1.20 m³/h；最高日试验排水量为33.48 m³/d，最大时试验排水量为5.23 m³/h；根据科学家意见，海水废水排水量为50 m³/d。
3.4.1 生活排水系统
室内地面高于室外地面标高的生活污、废水重力自流排入室外污水管道，低于室外地面的污、废水需加压提升排至室外污水管道。排水系统采用排水立管+伸顶通气管的排水方式，设置于室外的污水集水坑井盖预留洞口，可作排气之用。
3.4.2 试验排水系统
试验废水主要为样品提取等过程中产生一定量的废液，以及实验台、玻璃、金属仪器冲洗废水，试验用水多用于清洗实验仪器，实验仪器的有毒有害清洗废水和含酚类、含病原微生物废水等高危废水作为危废委托处理，其他试验废水各种污染物浓度较低。试验废水经专用排水管网收集，汇至室外的废水收集池，经过废水处理设备处理，达到《污水排入城镇下水道水质标准》后加压排至室外污水管网。废水处理工艺如图2所示、废水收集系统原理如图3所示。
图2 废水处理工艺
图3 废水收集系统原理
3.4.3海水废水排水系统
海洋渔业生物活体资源库、海洋渔业生物细胞资源保藏库、海洋渔业微生物资源保藏库需要每天补充新鲜冷热海水，同时也需要更换排掉一部分海水。排掉的海水经过专用管网收集，经过简单处理，然后集中外运处理。海水废水收集系统原理见图4。
图4 海水废水收集系统原理
3.4.4 废水收集池
室外设置试验废水及海水废水收集储存池，储存废水，以备处理达标排放。收集储存池设置于地下，采用钢筋混凝土结构，并设置安装、检修人孔。废水收集储存池平面见图5、废水收集储存池剖面见图6。
图5 废水收集储存池平面
图6 废水收集储存池剖面
3.4.5 管材选用及安装
试验废水排水及海水废水排水均含有生物及化学物质，具有腐蚀性，需要选用防腐性能高的排水管材，本项目选用增强聚丙烯（FRPP）管道，采用法兰式承插连接。废水排水管道均安装于排水点位下一层的吊顶内，排水横干管尽量敷设于走道内，且需避开有洁净要求的房间。
3.5 雨水系统
本项目为科研建筑，立面要求较高，雨水立管需要室内敷设，同时室内功能复杂多样，需要尽量减少雨水立管数量，综合考虑本项目屋面雨水排水系统采用虹吸式雨水排水系统。屋面雨水设计重现期按10年设计，屋面雨水设计暴雨强度为357.3 L/（s·hm²）；室外雨水设计重现期按3年设计，室外雨水设计暴雨强度为140.2 L/（s·hm²）。屋顶设置雨水溢流口，其宽度为300 mm，高度为150 mm，底部距屋面完成面150 mm。屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不小于其50年重现期的雨水量460.1 L/（s·hm²）。
虹吸式雨水排水系统采用虹吸专用高密度聚乙烯（HDPE）排水管，管道应采用不低于PE80等级的高密度聚乙烯（HDPE）原材料制造，管道和配件之间的连接应采用热熔对焊连接或电熔连接。虹吸雨水排水横干管需避开档案室和有洁净要求的实验室，敷设于走道、非洁净房间以及非低温房间。
3.6 雨水回收及利用系统
本项目考虑雨水控制及利用工程，设置雨水收集利用装置，采用雨水收集池、生态停车场、透水铺装地面、下凹式绿地等措施对场地内雨水进行控制，且雨水入渗不应引起地质灾害及损害建筑物，以达到青岛市年净流总量控制率75%（对应的设计降雨量为27.4 mm）的要求，收集后的雨水主要用于绿化浇洒及冲洗用水等。本项目雨水回收利用系统的处理规模为46.6 m³。雨水收集工艺流程见图7。
图7 雨水收集工艺流程
04、设计特色
在节能节水方面，经过当地水司同意，高区生活用水采用无负压给水加压设备供给，且生活给水及试验给水采用同一套给水加压设备，既节省造价，又可节水。低区生活用水由市政直供，可充分利用市政余压，达到节能目地。海水冷水每天外运，定时定量，既保证了新鲜度，又不会产生浪费，在一定程度上节省了成本。海水热水采用了高效的槽式太阳能热水系统，太阳能集热器采用旋转抛物面，且配备双轴自动跟踪装置，太阳光的利用率高。所有卫生器具均采用节水型产品。
在环境保护及卫生防疫方面，室内排水立管均设置伸顶通气管，室内生活排水与试验废水排水和海水养殖废水单独排水，并且均单独收集单独处理达标排放。所有地漏及存水弯的水封深度均不小于50 mm。
海水供水及排水系统均采用防腐性能高新型管材，海水冷热水供水管均采用氯化聚氯乙烯（CPVC）管，试验废水及海水废水排水均选用增强聚丙烯（FRPP）管道，确保整个废水排水系统的安全可靠。
05、问题与解决措施
（1）给排水管道的敷设。科研建筑的用水点位多且分散，同时各层点位没有上下对齐，对管道的敷设造成不少问题。需要从安全、美观、节约、适用及安装检修方便的原则综合考虑管线位置，同时需要考虑暖通空调及电气专业的管线布置，借助于BIM技术，对室内各处管线进行综合排布，达到了上述要求。
（2）地面排水措施。地面有水房间主要位于海洋渔业生物活体资源库、海洋渔业生物细胞资源保藏库、海洋渔业微生物资源保藏库内，其内有养殖水池、水箱、水罐等，并配置局部海水循环系统和海水净化设备，在清洗、换水及排水时地面都会有水，需要考虑地面排水设施。根据使用经验及要求，并考虑后期使用的方便性和可改造性，有水房间内地面均降板150 mm，根据房间养殖设备布置预留DN100排水接口，并在排水点位附近设置DN100密闭地漏，下设水封深度不小于50 mm的存水弯。
（3）关于紧急冲淋洗眼器给排水措施。科研建筑的生物、化学实验较多，当发生意外伤害事故，现场作业者的眼睛或者身体接触有毒有害以及具有其他腐蚀性化学物质的时候，通过紧急冲淋洗眼器的快速喷淋、冲洗，把伤害程度减轻到最低限度。需要注意的是，紧急冲淋洗眼器只是对眼睛和身体进行初步处理，不能代替医学治疗，情况严重的，必须尽快就医治疗。本项目在2层至5层的各实验室、样品前处理与制备室、精子质量分析与应用操作室、检测仪器室、显微观察室、微生物培养室及无菌室等的室内及走道设置紧急冲淋洗眼器，通过各区的生活给水管道供水，采用DN50密闭地漏排水。
