核電生活污水處理設施改造方案必選及設計

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”）按規劃建設的生活污水設施對廠址生活污水進行了有效處理，對保護水環境起到積極影響。近年來，隨著國家愈發重視環境保護，污水排放標準逐漸提高，三門核電生活污水處理設施因設備老化、設計標準落后，出現排污水質不達標、排污口數量不合規等情況。因此，需對現有污水設施進行改，造以滿足最新法規、政策要求。

1 三門核電生活污水處理設施現狀

隨著設備的長年運行、老化及國家環境保護要求逐漸提高，三門核電生活污水排放逐漸面臨諸多法規、政策壓力，對一期工程生產運行和后續項目審批帶來影響。主要問題如下：

（1）出水水質不達標。三門核電生活污水處理設施投運至今已經十余年，設備老化導致出水水質不穩定。污水抽樣自檢中發現，化學需氧量、氮、磷含量等已經超過GB 8978—1996《污水綜合排放標準》（以下簡稱《綜標》）的限值。

（2）污水排放標準滯后。《綜標》頒布于1996 年，由于社會發展與環境影響，標準制定的基礎條件已發生了較大變化，其中部分標準限值已不能反映水污染的特點，滿足不了當前水污染監督管理的需求。根據近年來核電項目環境影響評價報告評審意見，要求污水設施設計按照GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（以下簡稱《城標》）執行。

（3）排污申請用海風險。根據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；同時需根據近鄰海域的功能區劃，依據法規要求需執行《城標》等相關排放標準。如果排污水質不達標將制約后續機組用海審批。

（4）排污口數量不達標。由于環境保護要求日趨嚴格，當前多個地方環保要求已規定“同一個地點的單位原則上只允許設置一個總排污口”，而三門核電生活污水通過南/北區多個排污口進行排放不符合環保趨勢。

可見，三門核電生活污水質及排污口數量面臨諸多環保政策壓力，改造現有生活污水處理設施、提高排污水質很必要。

2 生活污水處理設施改造方案

結合三門縣地方及核電廠生活污水設施建設情況，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污水處理廠。由此，納管排放方案將在三門核電廠內新設一個生活污水提升泵總站，將廠內污水收集匯總后泵送至六敖污水提升泵站，輸送到健跳鎮污水處理廠進行處理。該方案需替換1#～4#生活污水處理站調節池內的潛污泵，提高污水站的輸送揚程，將現有污水工藝池變更為污水收集、緩沖池，并在廠區內外敷設壓力輸送管道。

（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內按《城標》要求新建一座污水處理廠，將廠區生活污水收集匯總后接入新建污水處理廠，處理達標后由一個排污口進行集中排放。該方案需替換1#～4#生活污水處理站調節池內的潛污泵，變更現有污水站池體功能，并在廠內敷設壓力輸送管道。

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

3 生活污水處理設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、現有污水池池體改造及管道敷設。結合現場情況，由于3#站投運時間較短，污水站結構、設施狀況相對良好，調節池有效容積（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，管道敷設長度相比較短，可減少施工費用。因此，建議將現有3#站作為廠內污水提升泵總站，1#、2#、4#站作為污水泵分站將各區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，可以優化管道布置，因此4#站污水經1#站匯集后再一并輸送至3#站，以便降低工程量。

池體改造需更換調節池池內潛污泵，廢棄現有的污水處理工藝，改變下游管道布置，在池壁上重新設立出水口。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，可以通過旁路調節池將污水直接引入后續生化工藝池，減少改造施工對現場生活、辦公的影響。廠內污水管道敷設盡可能利用室外區域、南/北區道路、綠化帶等，路線規劃及管道布置時應避免標高彎折起伏導致管道內空氣積聚而降低有效輸送能力。在管道局部高點處設置自動排氣閥、局部地點設置排泥井等設施，同時配備檢修井、閥門井等，以便后續維護管理。廠外管道可沿應急道路及省道綠化帶或農田敷設，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，易于實現脫氮除磷，適合中、小型處理廠等。處理規模按現有污水處理設施設計總量2640 m3/d 分析，參照《城市污水處理工程項目建設標準》（建標［2011］77 號）中二級污水廠V 類建設規模的用地指標上限值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域辦公及居住舒適度，同時露天水池將帶來安全管控風險，因此建議選取風向下游、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山，可利用廠內山體北側綠地，東側有植被遮擋，場地滿足新建污水廠需求，同時現有池體改造及管道敷設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 升級現有污水處理工藝方案

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

3.2 方案對比

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

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

（3）參考浙價〔2014〕36 號《關于調整我省排污費征收標準的通知》經計算，如新建污水廠、升級工藝方案污水正好達標排放，排污費按0.12 元/噸考慮。

（4）污水設施運行成本考慮電費、加藥費、人工成本、維護費用等。

對比可知，納管排放方案：①經濟性較佳，初期投資最小，具有25 年以上投資優勢；②占地面積最少，改造施工方便，對現場影響最小；③對環保法規標準的符合性最好，消除環評及用海審批隱患，降低政策風險。

4 生活污水處理設施納管排放方案設計

4.1 污水設計總容量

生活污水量的預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法。

由于三門核電廠采用一次規劃、分期建設的方式，遠期常住人口和污水量存在較大變數，污水量設計時應采用遠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#污水站調節池可用總容積近1000 m3，具備緩沖功能，部分設施可繼續使用，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 設計，污水泵站管道按遠期最高日最高時污水量175 m3/h 設計，這樣在滿足近期需求的前提下，既能降低設備要求、提高經濟性，又能保障后續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內外的關鍵輸送節點，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行計算。

4.2.1 3#站輸送管道

3#泵站管道按照遠期最高日最高時污水量175 m3/h 設計，根據《室外排水設計規范》（GB 50014—2006），排水管道采用壓力流時，壓力管道的設計流速宜采用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，建議設計流速取低值，按0.7 m/s 考慮，則管道內徑d 約為300 mm。管道材質選用PE 管，因為PE 管的耐腐性好，水力條件較優，加之工程地形復雜，管道轉彎較多，多數情況可利用PE 管柔性進行轉接，減少彎頭數量。

4.2.2 3#站提升泵揚程

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分析計算污水泵揚程。揚程大小主要考慮進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、站內損失。

由于流體在不同流態下所產生的阻力系數取值不同，因此在計算阻力系數時，需先通過雷諾數Re 確定流態及阻力系數經驗公式。由于Re 值處于紊流光滑區范圍，六敖泵站的管道標高低于3#站最低液位標高，因此，污水廠外輸送段最高點作為污水泵揚程的最大控制點，該點距3#站進水點772 m，則沿程損失。

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

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

5 生活污水處理設施改造方案結論及建議

結合生活污水改造方案比選及核電廠情況，為后續工程及新建核電廠污水設計提出如下3 點建議：

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

（2）建議加強臨建辦公區污水排放管控，要求承包商改進污水處理工藝或將污水納入改造管網中。

（3）對于新建核電廠，污水工程設計應兼顧周邊社會資源，降低污水排放帶來的政策風險；如需自行建設污水處理廠，應適當采用高標準設計。