核電生活污水處理設(shè)施改造方案必選及設(shè)計

于 飛，呂 韜

（三門核電有限公司，浙江臺州 317112）

0 引言

三門核電有限公司（簡稱“三門核電”）按規(guī)劃建設(shè)的生活污水設(shè)施對廠址生活污水進(jìn)行了有效處理，對保護(hù)水環(huán)境起到積極影響。近年來，隨著國家愈發(fā)重視環(huán)境保護(hù)，污水排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，三門核電生活污水處理設(shè)施因設(shè)備老化、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)落后，出現(xiàn)排污水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、排污口數(shù)量不合規(guī)等情況。因此，需對現(xiàn)有污水設(shè)施進(jìn)行改，造以滿足最新法規(guī)、政策要求。

1 三門核電生活污水處理設(shè)施現(xiàn)狀

隨著設(shè)備的長年運(yùn)行、老化及國家環(huán)境保護(hù)要求逐漸提高，三門核電生活污水排放逐漸面臨諸多法規(guī)、政策壓力，對一期工程生產(chǎn)運(yùn)行和后續(xù)項目審批帶來影響。主要問題如下：

（1）出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。三門核電生活污水處理設(shè)施投運(yùn)至今已經(jīng)十余年，設(shè)備老化導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定。污水抽樣自檢中發(fā)現(xiàn)，化學(xué)需氧量、氮、磷含量等已經(jīng)超過GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《綜標(biāo)》）的限值。

（2）污水排放標(biāo)準(zhǔn)滯后?！毒C標(biāo)》頒布于1996 年，由于社會發(fā)展與環(huán)境影響，標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)條件已發(fā)生了較大變化，其中部分標(biāo)準(zhǔn)限值已不能反映水污染的特點，滿足不了當(dāng)前水污染監(jiān)督管理的需求。根據(jù)近年來核電項目環(huán)境影響評價報告評審意見，要求污水設(shè)施設(shè)計按照GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《城標(biāo)》）執(zhí)行。

（3）排污申請用海風(fēng)險。根據(jù)近年來核電項目海域使用論證報告審查要求，如生活污水排海，需單獨申請排污用海；同時需根據(jù)近鄰海域的功能區(qū)劃，依據(jù)法規(guī)要求需執(zhí)行《城標(biāo)》等相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。如果排污水質(zhì)不達(dá)標(biāo)將制約后續(xù)機(jī)組用海審批。

（4）排污口數(shù)量不達(dá)標(biāo)。由于環(huán)境保護(hù)要求日趨嚴(yán)格，當(dāng)前多個地方環(huán)保要求已規(guī)定“同一個地點的單位原則上只允許設(shè)置一個總排污口”，而三門核電生活污水通過南/北區(qū)多個排污口進(jìn)行排放不符合環(huán)保趨勢。

可見，三門核電生活污水質(zhì)及排污口數(shù)量面臨諸多環(huán)保政策壓力，改造現(xiàn)有生活污水處理設(shè)施、提高排污水質(zhì)很必要。

2 生活污水處理設(shè)施改造方案

結(jié)合三門縣地方及核電廠生活污水設(shè)施建設(shè)情況，改造方案比選主要從納管排放、新建生活污水處理廠、升級現(xiàn)有污水處理工藝3 個方面展開。

（1）納管排放方案。三門六敖污水提升泵站距三門核電廠址約4.1 km，位于224 省道旁，通過壓力管將周邊污水輸送到健跳鎮(zhèn)污水處理廠。由此，納管排放方案將在三門核電廠內(nèi)新設(shè)一個生活污水提升泵總站，將廠內(nèi)污水收集匯總后泵送至六敖污水提升泵站，輸送到健跳鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行處理。該方案需替換1#～4#生活污水處理站調(diào)節(jié)池內(nèi)的潛污泵，提高污水站的輸送揚(yáng)程，將現(xiàn)有污水工藝池變更為污水收集、緩沖池，并在廠區(qū)內(nèi)外敷設(shè)壓力輸送管道。

（2）新建生活污水處理廠方案。新建生活污水處理廠的方案需在核電廠區(qū)內(nèi)按《城標(biāo)》要求新建一座污水處理廠，將廠區(qū)生活污水收集匯總后接入新建污水處理廠，處理達(dá)標(biāo)后由一個排污口進(jìn)行集中排放。該方案需替換1#～4#生活污水處理站調(diào)節(jié)池內(nèi)的潛污泵，變更現(xiàn)有污水站池體功能，并在廠內(nèi)敷設(shè)壓力輸送管道。

（3）升級現(xiàn)有污水處理工藝方案。升級現(xiàn)有污水處理工藝方案將沿用現(xiàn)有生活污水處理設(shè)施，通過增設(shè)脫氮除磷系統(tǒng)、更換年久失效設(shè)備等措施完善生化處理工藝，改善排污水質(zhì)，以滿足《城標(biāo)》要求。

3 生活污水處理設(shè)施改造方案可行性及對比

3.1 方案可行性分析

3.1.1 納管排放方案

納管排放方案主要涉及新建污水提升泵站、現(xiàn)有污水池池體改造及管道敷設(shè)。結(jié)合現(xiàn)場情況，由于3#站投運(yùn)時間較短，污水站結(jié)構(gòu)、設(shè)施狀況相對良好，調(diào)節(jié)池有效容積（約280 m3）相對較大，具備收集緩存全廠污水條件；且距離六敖泵站最近，管道敷設(shè)長度相比較短，可減少施工費(fèi)用。因此，建議將現(xiàn)有3#站作為廠內(nèi)污水提升泵總站，1#、2#、4#站作為污水泵分站將各區(qū)域污水收集后輸送至3#站匯總。其中，1#、4#站相距較近、管道路徑基本一致，可以優(yōu)化管道布置，因此4#站污水經(jīng)1#站匯集后再一并輸送至3#站，以便降低工程量。

池體改造需更換調(diào)節(jié)池池內(nèi)潛污泵，廢棄現(xiàn)有的污水處理工藝，改變下游管道布置，在池壁上重新設(shè)立出水口。該方案管道布置無特殊要求，污水站改造施工較易，工期較短，各站均具備改造條件。并且在池體改造期間，可以通過旁路調(diào)節(jié)池將污水直接引入后續(xù)生化工藝池，減少改造施工對現(xiàn)場生活、辦公的影響。廠內(nèi)污水管道敷設(shè)盡可能利用室外區(qū)域、南/北區(qū)道路、綠化帶等，路線規(guī)劃及管道布置時應(yīng)避免標(biāo)高彎折起伏導(dǎo)致管道內(nèi)空氣積聚而降低有效輸送能力。在管道局部高點處設(shè)置自動排氣閥、局部地點設(shè)置排泥井等設(shè)施，同時配備檢修井、閥門井等，以便后續(xù)維護(hù)管理。廠外管道可沿應(yīng)急道路及省道綠化帶或農(nóng)田敷設(shè)，但需要注意地方施工政策因素。該方案整體可行，無重大施工制約因素。

3.1.2 新建生活污水處理廠方案

新建生活污水處理廠參照地方污水廠建設(shè)選型，可采用序批式（Sequencing Batch Reactor，SBR）活性污泥法，該方案工藝流程簡潔、處理效果好，易于實現(xiàn)脫氮除磷，適合中、小型處理廠等。處理規(guī)模按現(xiàn)有污水處理設(shè)施設(shè)計總量2640 m3/d 分析，參照《城市污水處理工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)［2011］77 號）中二級污水廠V 類建設(shè)規(guī)模的用地指標(biāo)上限值1.20 m2/（m3/d），自建一座生活污水處理廠將占地約3200 m2。

由于污水處理廠將影響周邊區(qū)域辦公及居住舒適度，同時露天水池將帶來安全管控風(fēng)險，因此建議選取風(fēng)向下游、易于污水排放及管道施工的隱蔽位置。三門核電項目三面環(huán)山，可利用廠內(nèi)山體北側(cè)綠地，東側(cè)有植被遮擋，場地滿足新建污水廠需求，同時現(xiàn)有池體改造及管道敷設(shè)與納管排放方案相似。該方案整體可行，無重大施工制約因素。

3.1.3 升級現(xiàn)有污水處理工藝方案

升級方案維持現(xiàn)有排污口布置，污水由南北區(qū)多個排污口分別排入三門灣。對現(xiàn)有污水設(shè)備進(jìn)行更換、工藝改造，通過新建生化池、配置脫氮除磷設(shè)施及流量計、控制室等，完善污水處理功能，提升排放水質(zhì)。該方案基本可行，但改造量較大，在污水設(shè)施處理工藝不能長時停用的情況下需考慮施工窗口及擴(kuò)建規(guī)模。

3.2 方案對比

（1）地方向健跳污水廠繳納排污費(fèi)用為0.25～1.20 元/噸，納管方案污水處理費(fèi)暫按0.80 元/噸考慮，則施工建造、安裝費(fèi)約500 萬元。

（2）根據(jù)污水處理廠建造費(fèi)用統(tǒng)計分析，5 萬噸以下建造費(fèi)用為2262 元/噸。參考健跳鎮(zhèn)5000 t/d 污水處理廠1605.3 萬元投資估算，廠內(nèi)新建污水處理廠約1000 萬元。

（3）參考浙價〔2014〕36 號《關(guān)于調(diào)整我省排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)的通知》經(jīng)計算，如新建污水廠、升級工藝方案污水正好達(dá)標(biāo)排放，排污費(fèi)按0.12 元/噸考慮。

（4）污水設(shè)施運(yùn)行成本考慮電費(fèi)、加藥費(fèi)、人工成本、維護(hù)費(fèi)用等。

對比可知，納管排放方案：①經(jīng)濟(jì)性較佳，初期投資最小，具有25 年以上投資優(yōu)勢；②占地面積最少，改造施工方便，對現(xiàn)場影響最??；③對環(huán)保法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的符合性最好，消除環(huán)評及用海審批隱患，降低政策風(fēng)險。

4 生活污水處理設(shè)施納管排放方案設(shè)計

4.1 污水設(shè)計總?cè)萘?/h3>

生活污水量的預(yù)測通過測算生活用水量，再將用水量折算成污水量，生活用水量測算采用的是生活用水定額指標(biāo)法。

由于三門核電廠采用一次規(guī)劃、分期建設(shè)的方式，遠(yuǎn)期常住人口和污水量存在較大變數(shù)，污水量設(shè)計時應(yīng)采用遠(yuǎn)期最高日最高時污水量；但鑒于本次為改造工程，已建的1#～4#污水站調(diào)節(jié)池可用總?cè)莘e近1000 m3，具備緩沖功能，部分設(shè)施可繼續(xù)使用，因此建議本工程的污水泵選型按照最高日平均時污水量108.3 m3/h 設(shè)計，污水泵站管道按遠(yuǎn)期最高日最高時污水量175 m3/h 設(shè)計，這樣在滿足近期需求的前提下，既能降低設(shè)備要求、提高經(jīng)濟(jì)性，又能保障后續(xù)污水量接入的可行性。

4.2 輸送管道及潛污泵選型

納管排放方案中3#站作為改造工程中連接核電廠區(qū)內(nèi)外的關(guān)鍵輸送節(jié)點，輸送污水量及泵送能力要求最高，因此以下以3#站為例，對輸送管道及潛污泵選型進(jìn)行計算。

4.2.1 3#站輸送管道

3#泵站管道按照遠(yuǎn)期最高日最高時污水量175 m3/h 設(shè)計，根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2006），排水管道采用壓力流時，壓力管道的設(shè)計流速宜采用0.7～2.0 m/s，為減少流速增大帶來的水力損失，降低污水管震動及噪音，建議設(shè)計流速取低值，按0.7 m/s 考慮，則管道內(nèi)徑d 約為300 mm。管道材質(zhì)選用PE 管，因為PE 管的耐腐性好，水力條件較優(yōu)，加之工程地形復(fù)雜，管道轉(zhuǎn)彎較多，多數(shù)情況可利用PE 管柔性進(jìn)行轉(zhuǎn)接，減少彎頭數(shù)量。

4.2.2 3#站提升泵揚(yáng)程

按照全廠最高日平均時污水量，3#站污水泵流量取值110 m3/h分析計算污水泵揚(yáng)程。揚(yáng)程大小主要考慮進(jìn)水點與最高點的流體沿程損失hf、流體局部損失hj以及幾何高差、站內(nèi)損失。

由于流體在不同流態(tài)下所產(chǎn)生的阻力系數(shù)取值不同，因此在計算阻力系數(shù)時，需先通過雷諾數(shù)Re 確定流態(tài)及阻力系數(shù)經(jīng)驗公式。由于Re 值處于紊流光滑區(qū)范圍，六敖泵站的管道標(biāo)高低于3#站最低液位標(biāo)高，因此，污水廠外輸送段最高點作為污水泵揚(yáng)程的最大控制點，該點距3#站進(jìn)水點772 m，則沿程損失。

根據(jù)3#站至最高點的管道路徑分析，該段將設(shè)有3 個90°彎轉(zhuǎn)和6 個45°彎轉(zhuǎn)：當(dāng)90°時，局部阻力系數(shù)ξ=1.1；當(dāng)45°時，局部阻力系數(shù)ξ=0.35，則局部損失hj≈0.048 m。

最大控制點高于3#站進(jìn)水點25.25 m，站內(nèi)損失取安全值2 m，因此3#站提升揚(yáng)程至少需27.71 m。為保持一定量設(shè)計裕量及安全壓頭，建議選用2 臺揚(yáng)程為30 m 的污水泵按“一用一備”原則并聯(lián)設(shè)計。

5 生活污水處理設(shè)施改造方案結(jié)論及建議

結(jié)合生活污水改造方案比選及核電廠情況，為后續(xù)工程及新建核電廠污水設(shè)計提出如下3 點建議：

（1）為完善三門核電污水納管排放方案，建議后續(xù)機(jī)組開工后，適時開展生產(chǎn)區(qū)污水納管工程，同時管線布置可考慮與后續(xù)工程同步實施，從而減少開挖量、降低施工費(fèi)用。

（2）建議加強(qiáng)臨建辦公區(qū)污水排放管控，要求承包商改進(jìn)污水處理工藝或?qū)⑽鬯{入改造管網(wǎng)中。

（3）對于新建核電廠，污水工程設(shè)計應(yīng)兼顧周邊社會資源，降低污水排放帶來的政策風(fēng)險；如需自行建設(shè)污水處理廠，應(yīng)適當(dāng)采用高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。