核电生活污水处理设施改造方案必选及设计

2020-02-16于飞，吕韬

设备管理与维修 2020年12期

于飞，吕韬

（三门核电有限公司，浙江台州 317112）

0 引言

三门核电有限公司（简称“三门核电”）按规划建设的生活污水设施对厂址生活污水进行了有效处理，对保护水环境起到积极影响。近年来，随着国家愈发重视环境保护，污水排放标准逐渐提高，三门核电生活污水处理设施因设备老化、设计标准落后，出现排污水质不达标、排污口数量不合规等情况。因此，需对现有污水设施进行改，造以满足最新法规、政策要求。

1 三门核电生活污水处理设施现状

随着设备的长年运行、老化及国家环境保护要求逐渐提高，三门核电生活污水排放逐渐面临诸多法规、政策压力，对一期工程生产运行和后续项目审批带来影响。主要问题如下：

（1）出水水质不达标。三门核电生活污水处理设施投运至今已经十余年，设备老化导致出水水质不稳定。污水抽样自检中发现，化学需氧量、氮、磷含量等已经超过GB 8978—1996《污水综合排放标准》（以下简称《综标》）的限值。

（2）污水排放标准滞后。《综标》颁布于1996 年，由于社会发展与环境影响，标准制定的基础条件已发生了较大变化，其中部分标准限值已不能反映水污染的特点，满足不了当前水污染监督管理的需求。根据近年来核电项目环境影响评价报告评审意见，要求污水设施设计按照GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》（以下简称《城标》）执行。

（3）排污申请用海风险。根据近年来核电项目海域使用论证报告审查要求，如生活污水排海，需单独申请排污用海；同时需根据近邻海域的功能区划，依据法规要求需执行《城标》等相关排放标准。如果排污水质不达标将制约后续机组用海审批。

（4）排污口数量不达标。由于环境保护要求日趋严格，当前多个地方环保要求已规定“同一个地点的单位原则上只允许设置一个总排污口”，而三门核电生活污水通过南/北区多个排污口进行排放不符合环保趋势。

可见，三门核电生活污水质及排污口数量面临诸多环保政策压力，改造现有生活污水处理设施、提高排污水质很必要。

2 生活污水处理设施改造方案

结合三门县地方及核电厂生活污水设施建设情况，改造方案比选主要从纳管排放、新建生活污水处理厂、升级现有污水处理工艺3 个方面展开。

（1）纳管排放方案。三门六敖污水提升泵站距三门核电厂址约4.1 km，位于224 省道旁，通过压力管将周边污水输送到健跳镇污水处理厂。由此，纳管排放方案将在三门核电厂内新设一个生活污水提升泵总站，将厂内污水收集汇总后泵送至六敖污水提升泵站，输送到健跳镇污水处理厂进行处理。该方案需替换1#～4#生活污水处理站调节池内的潜污泵，提高污水站的输送扬程，将现有污水工艺池变更为污水收集、缓冲池，并在厂区内外敷设压力输送管道。

（2）新建生活污水处理厂方案。新建生活污水处理厂的方案需在核电厂区内按《城标》要求新建一座污水处理厂，将厂区生活污水收集汇总后接入新建污水处理厂，处理达标后由一个排污口进行集中排放。该方案需替换1#～4#生活污水处理站调节池内的潜污泵，变更现有污水站池体功能，并在厂内敷设压力输送管道。

（3）升级现有污水处理工艺方案。升级现有污水处理工艺方案将沿用现有生活污水处理设施，通过增设脱氮除磷系统、更换年久失效设备等措施完善生化处理工艺，改善排污水质，以满足《城标》要求。

3 生活污水处理设施改造方案可行性及对比

3.1 方案可行性分析

3.1.1 纳管排放方案

纳管排放方案主要涉及新建污水提升泵站、现有污水池池体改造及管道敷设。结合现场情况，由于3#站投运时间较短，污水站结构、设施状况相对良好，调节池有效容积（约280 m3）相对较大，具备收集缓存全厂污水条件；且距离六敖泵站最近，管道敷设长度相比较短，可减少施工费用。因此，建议将现有3#站作为厂内污水提升泵总站，1#、2#、4#站作为污水泵分站将各区域污水收集后输送至3#站汇总。其中，1#、4#站相距较近、管道路径基本一致，可以优化管道布置，因此4#站污水经1#站汇集后再一并输送至3#站，以便降低工程量。

池体改造需更换调节池池内潜污泵，废弃现有的污水处理工艺，改变下游管道布置，在池壁上重新设立出水口。该方案管道布置无特殊要求，污水站改造施工较易，工期较短，各站均具备改造条件。并且在池体改造期间，可以通过旁路调节池将污水直接引入后续生化工艺池，减少改造施工对现场生活、办公的影响。厂内污水管道敷设尽可能利用室外区域、南/北区道路、绿化带等，路线规划及管道布置时应避免标高弯折起伏导致管道内空气积聚而降低有效输送能力。在管道局部高点处设置自动排气阀、局部地点设置排泥井等设施，同时配备检修井、阀门井等，以便后续维护管理。厂外管道可沿应急道路及省道绿化带或农田敷设，但需要注意地方施工政策因素。该方案整体可行，无重大施工制约因素。

3.1.2 新建生活污水处理厂方案

新建生活污水处理厂参照地方污水厂建设选型，可采用序批式（Sequencing Batch Reactor，SBR）活性污泥法，该方案工艺流程简洁、处理效果好，易于实现脱氮除磷，适合中、小型处理厂等。处理规模按现有污水处理设施设计总量2640 m3/d 分析，参照《城市污水处理工程项目建设标准》（建标［2011］77 号）中二级污水厂V 类建设规模的用地指标上限值1.20 m2/（m3/d），自建一座生活污水处理厂将占地约3200 m2。

由于污水处理厂将影响周边区域办公及居住舒适度，同时露天水池将带来安全管控风险，因此建议选取风向下游、易于污水排放及管道施工的隐蔽位置。三门核电项目三面环山，可利用厂内山体北侧绿地，东侧有植被遮挡，场地满足新建污水厂需求，同时现有池体改造及管道敷设与纳管排放方案相似。该方案整体可行，无重大施工制约因素。

3.1.3 升级现有污水处理工艺方案

升级方案维持现有排污口布置，污水由南北区多个排污口分别排入三门湾。对现有污水设备进行更换、工艺改造，通过新建生化池、配置脱氮除磷设施及流量计、控制室等，完善污水处理功能，提升排放水质。该方案基本可行，但改造量较大，在污水设施处理工艺不能长时停用的情况下需考虑施工窗口及扩建规模。

3.2 方案对比

（1）地方向健跳污水厂缴纳排污费用为0.25～1.20 元/吨，纳管方案污水处理费暂按0.80 元/吨考虑，则施工建造、安装费约500 万元。

（2）根据污水处理厂建造费用统计分析，5 万吨以下建造费用为2262 元/吨。参考健跳镇5000 t/d 污水处理厂1605.3 万元投资估算，厂内新建污水处理厂约1000 万元。

（3）参考浙价〔2014〕36 号《关于调整我省排污费征收标准的通知》经计算，如新建污水厂、升级工艺方案污水正好达标排放，排污费按0.12 元/吨考虑。

（4）污水设施运行成本考虑电费、加药费、人工成本、维护费用等。

对比可知，纳管排放方案：①经济性较佳，初期投资最小，具有25 年以上投资优势；②占地面积最少，改造施工方便，对现场影响最小；③对环保法规标准的符合性最好，消除环评及用海审批隐患，降低政策风险。

4 生活污水处理设施纳管排放方案设计

4.1 污水设计总容量

生活污水量的预测通过测算生活用水量，再将用水量折算成污水量，生活用水量测算采用的是生活用水定额指标法。

由于三门核电厂采用一次规划、分期建设的方式，远期常住人口和污水量存在较大变数，污水量设计时应采用远期最高日最高时污水量；但鉴于本次为改造工程，已建的1#～4#污水站调节池可用总容积近1000 m3，具备缓冲功能，部分设施可继续使用，因此建议本工程的污水泵选型按照最高日平均时污水量108.3 m3/h 设计，污水泵站管道按远期最高日最高时污水量175 m3/h 设计，这样在满足近期需求的前提下，既能降低设备要求、提高经济性，又能保障后续污水量接入的可行性。

4.2 输送管道及潜污泵选型

纳管排放方案中3#站作为改造工程中连接核电厂区内外的关键输送节点，输送污水量及泵送能力要求最高，因此以下以3#站为例，对输送管道及潜污泵选型进行计算。

4.2.1 3#站输送管道

3#泵站管道按照远期最高日最高时污水量175 m3/h 设计，根据《室外排水设计规范》（GB 50014—2006），排水管道采用压力流时，压力管道的设计流速宜采用0.7～2.0 m/s，为减少流速增大带来的水力损失，降低污水管震动及噪音，建议设计流速取低值，按0.7 m/s 考虑，则管道内径d 约为300 mm。管道材质选用PE 管，因为PE 管的耐腐性好，水力条件较优，加之工程地形复杂，管道转弯较多，多数情况可利用PE 管柔性进行转接，减少弯头数量。

4.2.2 3#站提升泵扬程

按照全厂最高日平均时污水量，3#站污水泵流量取值110 m3/h分析计算污水泵扬程。扬程大小主要考虑进水点与最高点的流体沿程损失hf、流体局部损失hj以及几何高差、站内损失。

由于流体在不同流态下所产生的阻力系数取值不同，因此在计算阻力系数时，需先通过雷诺数Re 确定流态及阻力系数经验公式。由于Re 值处于紊流光滑区范围，六敖泵站的管道标高低于3#站最低液位标高，因此，污水厂外输送段最高点作为污水泵扬程的最大控制点，该点距3#站进水点772 m，则沿程损失。

根据3#站至最高点的管道路径分析，该段将设有3 个90°弯转和6 个45°弯转：当90°时，局部阻力系数ξ=1.1；当45°时，局部阻力系数ξ=0.35，则局部损失hj≈0.048 m。

最大控制点高于3#站进水点25.25 m，站内损失取安全值2 m，因此3#站提升扬程至少需27.71 m。为保持一定量设计裕量及安全压头，建议选用2 台扬程为30 m 的污水泵按“一用一备”原则并联设计。