廣州科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠工程技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用

邱維

(廣州市市政工程設(shè)計研究總院，廣東廣州510060)

摘要：廣州科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠BT項目采用發(fā)明專利技術(shù)處理液晶顯示器工業(yè)廢水，出水水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類水的排放標(biāo)準(zhǔn)。該廠為廣州首座出水水質(zhì)達到地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠，也為廣州開發(fā)區(qū)首個以BT模式實施的市政污水治理項目。該項目為類似廢水高標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)路線選擇提供了較好的參考和借鑒。

 

樂金顯示（中國）有限公司第8.5代薄膜晶體管液晶顯示器件(TFT-LCD)項目位于廣州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（即廣州科學(xué)城）的東部，該項目已于2014年底建成運行，為廣州目前最大的外商投資項目、世界級平板顯示產(chǎn)業(yè)基地。該世界級項目背后，有著高標(biāo)準(zhǔn)的廢水處理配套設(shè)施為其保駕護航——科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠。

工業(yè)園所有廢水在內(nèi)部污水處理站分類處理，達到廣東省《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）三級標(biāo)準(zhǔn)以及氨氮、磷酸鹽、氟化物達到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）。工業(yè)園內(nèi)分類預(yù)處理后由專用管道與周邊員工樓生活污水一并納入科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠做進一步處理，達到地表水Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)后排入烏涌。

2013年7月，廣州開發(fā)區(qū)建設(shè)發(fā)展集團有限公司組織開展本凈水廠BT公開招標(biāo)工作，由廣州市市政工程設(shè)計研究院、廣州市自來水工程公司聯(lián)合體中標(biāo)以BT形式進行設(shè)計優(yōu)化和工程建設(shè)，于2014年12月底完成工程初步驗收。

科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠為廣州開發(fā)區(qū)首座按BT模式實施的市政污水治理工程，也是廣州建成的首座出水水質(zhì)達到地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠。

1 工程概況

科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠位于廣州市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的東部，南側(cè)緊鄰光譜東路，在新樂路和開達路之間，工程規(guī)模為3.6×10⁴ m_³/d，占地面積為4.95 hm²（按遠期7.2×10⁴ m³/d控制用地）。本項目出水水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

本項目批準(zhǔn)概算的工程總費用為31 075.62萬元，其中：建筑工程費為11 864.56萬元，設(shè)備購置費為16 300.14萬元，安裝工程費為2 910.92萬元。

2 進、出水水質(zhì)指標(biāo)

本凈水廠服務(wù)的工廠廢水分為含氟廢水與其他廢水兩類，含氟廢水與其他廢水在工廠內(nèi)分質(zhì)預(yù)處理后提升輸送至本凈水廠進行進一步處理。工廠內(nèi)各類廢水來源有以下三類：

① 含氟廢水

含氟廢水主要來自TFT工程，此外，化學(xué)氣相沉積CVD工序和干法刻蝕DE工序產(chǎn)生的有害廢氣含氟化物，經(jīng)廢氣洗滌塔處理后的廢水也含有較高濃度的氟化物。

② H₂O₂廢水

含H₂O₂廢水主要來自TFT工程的濕刻工序，廢水中還含有一定量磷酸鹽和有機物。

③有機廢水

有機廢水是本項目最主要的生產(chǎn)廢水。包含有機廢水和TN廢水。有機廢水主要來源于光刻后清洗產(chǎn)生的廢水。其次，Cell成盒工程也產(chǎn)生一定量有機廢水。光刻工藝使用到光刻膠、光阻劑、稀釋劑（丙二醇醚酯PGMEA）、剝離液（乙醇胺MEA；二乙二醇單甲醚DGME；甲基甲酰胺NMF）等，因此清洗廢水中含有高濃度的COD和氨氮，雖具有可生化性但降解較難。此外，純水制備、中水處理、廢氣處理等系統(tǒng)也會產(chǎn)生有機廢水。

含氮有機廢水主要來自TFT工程和CF彩膜工程。含氮有機廢水的特征為污染物成分復(fù)雜，因含有染料，具有一定的色度和粘度，含高濃度的氨氮和有機物。

廢水處理站分質(zhì)預(yù)處理流程見圖1。

圖1 廢水處理站分質(zhì)預(yù)處理流程

工業(yè)園內(nèi)含氟廢水與綜合廢水在工廠內(nèi)分質(zhì)預(yù)處理后，經(jīng)泵站提升輸送至工業(yè)園外的科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠進一步處理。LG水質(zhì)凈化廠設(shè)計進、出水指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)

3 處理工藝路線

本項目采用三級處理工藝。綜合廢水經(jīng)廠外管道直接輸送至細格柵，再進入水解酸化池；廢水在水解酸化池中厭氧水解后，提高可生化性，為后續(xù)好氧處理創(chuàng)造有利條件。廢水經(jīng)水解酸化后，進入改良A²/O生化反應(yīng)池，通過厭氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧生物反應(yīng)池充分的生物降解，實現(xiàn)COD、BOD₅、氨氮、總氮、總磷等的大幅度削減。二級生化處理工藝將BOD₅、氨氮等可生物降解的有機物基本完全分解，二沉池出水BOD₅、氨氮、TP基本在10、5和0.5 mg/L左右，出水COD在50~80 mg/L。為了使COD達標(biāo)排放，并保障出水水質(zhì)達到地表Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)，深度處理采用高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池工藝，最后出水經(jīng)紫外線消毒后，排入烏涌右支流。

具體工藝流程見圖２。

圖2 工藝流程

含氟廢水?dāng)M采用混凝沉淀工藝處理，通過二級混凝沉淀，分別投加CaCl₂、PAC、PAM等藥劑去除大部分氟，然后與其他廢水混合，使出水中氟達到排放標(biāo)準(zhǔn)。含氟廢水的氨氮含量高達200 mg/L，而BOD₅含量很少（50 mg/L），為了實現(xiàn)脫氮效果，進入主流程前，另外考慮增加硝化曝氣生物濾池，將氨氮高效率地轉(zhuǎn)化為硝氮，再進入主流程。

含氟廢水中的硝氮與其他廢水混合后進入主處理工藝，生化法進一步脫氮，當(dāng)生物反應(yīng)池碳源不足時，可投加外加碳源，以保障充分的硝化反硝化，使出水氮達標(biāo)。

發(fā)生事故時，在水解酸化池前，將廢水輸送至事故池，暫時存儲，待出水水質(zhì)正常后，將事故池暫存廢水回流至系統(tǒng)的前端進行進一步處理。

本工程產(chǎn)生兩類污泥，第一類為機械反應(yīng)斜板沉淀池產(chǎn)生的化學(xué)污泥；第二類為生物反應(yīng)池產(chǎn)生的剩余污泥。兩類污泥分別處理，第一類污泥含水率比較低（98%），由污泥管道收集至污泥濃縮池，濃縮后由脫水機進行脫水，脫水后污泥的含水率達到60%；第二類污泥含水率較高（99.2%），污泥經(jīng)收集后，由重力濃縮池濃縮，然后進行加藥調(diào)質(zhì)脫水，使污泥含水率達到60%以內(nèi)；兩類污泥脫水后外運處置。

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計

① 細格柵

去除污水中較大漂浮物和直徑>5 mm的固體物。采用鋼筋混凝土渠1座，分2格，每格渠寬為1 000 mm。采用循環(huán)齒耙回轉(zhuǎn)格柵除污機2臺，柵條間隙為5 mm，安裝角度為75°。

② 水解酸化池

停留時間為8 h，設(shè)布水系統(tǒng)，填充平板填料。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)池體，有效水深為8.50 m，上升流速為0.91 m/h，設(shè)10組，單組容積為1 402 m³。

③ 改良A/A/O生化池

矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),1座2組。水力停留時間：選擇區(qū)0.5 h、厭氧池1 h、前段缺氧池3 h、前段好氧池4 h、后段缺氧池4 h、后段好氧池6 h，總停留時間為18.5 h。每座構(gòu)筑物尺寸為34.1 m×54.9 m×9.4 m（有效水深為8.0 m）。污泥濃度為4 200 mg/L；污泥回流比為60%~100%；內(nèi)回流1回流比為290%~300%;內(nèi)回流2回流比為50%~100%。純氧曝氣供需氧量為10 m³/min。

④ 二沉池

采用矩形平流式沉淀池，進水和出水均在沿池長方向的同一側(cè)布置，原理類似于周進周出圓形沉淀池。刮泥采用鏈?zhǔn)焦文鄼C，排泥采用穿孔管排泥，在污泥回流比約0.75的情況下，排泥濃度為0.6%~0.8%。并聯(lián)設(shè)4座鋼混結(jié)構(gòu)二沉池。每座池寬為7.6 m，池長為56 m，有效水深為4.2 m，總深為4.8 m。

主要參數(shù)：平均流量時表面負荷為0.9 m³/(m²·h)，固體通量為7.8 kgSS/(m²·h)，沉淀時間為2.0 h。

⑤ 事故池

事故時臨時存儲進水。當(dāng)水質(zhì)凈化廠的運行出現(xiàn)嚴重問題，甚至不能達標(biāo)排放時，需啟用事故池。待事故排除后，再經(jīng)事故水泵提升,緩慢、均勻地排至流程前端。事故調(diào)節(jié)時間為3.6 h。

⑥ 微濾

微濾主要用于二沉池出水的過濾，主要用于降低二沉池出水中SS含量，有效減少高級氧化工段臭氧投加量，降低運營成本。共設(shè)3臺微濾機。

⑦ 臭氧高級氧化

為進一步降解二沉池出水COD，一級微濾后設(shè)置臭氧高級氧化。高級氧化池出水再經(jīng)后續(xù)曝氣生物濾池處理。設(shè)計為鋼筋混凝土池體，臭氧接觸時間為44.5 min。臭氧投加濃度為50 mg/L，設(shè)3套25 kg/h臭氧發(fā)生器。

⑧ 曝氣生物濾池

與臭氧接觸池聯(lián)用，進一步降低COD，同時去除BOD5、NH⁺₄-N等污染物。設(shè)計1座鋼筋混凝土池體，分6格，單格濾池面積為56 m²。曝氣生物濾池設(shè)計濾速為6.69 m/h，單格沖洗時濾速為7.99 m/h，工藝氣濾速為9 m/h，氣水聯(lián)合反沖洗。

⑨ 高效沉淀池

本項目采用高效沉淀池作為末端進一步強化深度處理的重要工序。曝氣生物濾池出水進入高效沉淀池，在沉淀池上游的進水口投加混凝劑、吸附劑。設(shè)1座高效沉淀池，分兩組�；炷�池停留時間為1.7 min，投加池停留時間為1.7 min，熟化池停留時間為2.6 min，沉淀池表面負荷為30~45 m/h。

⑩ 高氟水預(yù)處理——物化除氟

通過投加氯化鈣、PAC、PAM等藥劑，將含氟廢水氟化物由50 mg/L處理至10~12 mg/L，再與經(jīng)預(yù)處理后的其他廢水混合，稀釋后出水氟濃度<1.5 mg/L。設(shè)2座除氟沉淀池，可串聯(lián)或并聯(lián)運行。

高氟水預(yù)處理——硝化濾池

將高氟水中的NH⁺₄-N轉(zhuǎn)化為NO^-₃-N。硝化濾池設(shè)計規(guī)模為4 300 m³/d，分4格，單格面積為64 m²。設(shè)計硝化負荷為0.59 kgNH₃-N/（m³·d），水力負荷為2.1 m³/(m²·h)，空床水力停留時間為1.9 h。硝化濾池內(nèi)回流比為200%。

污泥濃縮池

設(shè)4座9 m污泥濃縮池（1座化學(xué)污泥與3座生化污泥）。生化污泥量為7 720 kgDSS/d，含水率為99.2%，濃縮時間為12 h，濃縮后出泥含水率為97%，固體通量為40.47 kgDSS/(m²·d)；化學(xué)污泥量為2 060 kgDSS/d，含水率為99.4%~99.6%，濃縮時間為12 h，濃縮后出泥含水率為96%，固體通量為32.40 kgDSS/(m²·d）。

污泥脫水車間

采用板框壓濾機，脫水污泥含水率≤60%。設(shè)置3臺板框壓濾機，兩臺用于生化污泥，一臺用于物化污泥。物化污泥脫水機故障時，可通過閥門切換，將一臺生化污泥脫水機用于物化污泥脫水。污泥濃縮池出泥輸送至污泥調(diào)制間進行調(diào)制。污泥調(diào)制采用三氯化鐵溶液和石灰粉兩種藥劑。

5 運行效果

本項目于2013年9月7日開工，2014年12月底完成工程初步驗收。調(diào)試運行的實際進、出水水質(zhì)情況見表2(連續(xù)采樣日期為2014年11月12日—19日)。

表2 實際監(jiān)測進、出水水質(zhì)

因綜合廢水進水氟化物濃度大大超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（工業(yè)企業(yè)內(nèi)也正在調(diào)整改進工藝），調(diào)試運行中總出水氟化物暫不達標(biāo)，其余出水指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

6 工程技術(shù)創(chuàng)新

① 工程管理創(chuàng)新

本項目為廣州開發(fā)區(qū)首個以BT模式成功實施的市政污水治理項目。因工期緊、處理標(biāo)準(zhǔn)高，本項目按BT模式實施。由BT中標(biāo)方（廣州市市政工程設(shè)計研究院、廣州市自來水工程公司）負責(zé)籌措本項目建設(shè)資金，完成項目的設(shè)計優(yōu)化、前期報建、施工、移交及保修任務(wù)。本BT項目在廣州開發(fā)區(qū)的首次成功實施，為廣州及周邊地區(qū)市政基礎(chǔ)項目BT模式的實施與推廣提供了范本和重要借鑒，進而推動市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)采用BT、BOT、PPP等項目管理資本運營模式實施的新的發(fā)展趨勢。

② 總體技術(shù)創(chuàng)新

本項目為廣州建成的首座出水水質(zhì)達到地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠,大大超過了一級A標(biāo)準(zhǔn)。選擇工藝成熟、技術(shù)可靠、經(jīng)濟較優(yōu)的處理方案是本項目的首要難點。在該廠設(shè)計中，基于實驗、試驗基礎(chǔ)，摸索出一套可穩(wěn)定達到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)先進、經(jīng)濟較優(yōu)的工業(yè)廢水處理成套技術(shù)（已授權(quán)發(fā)明專利）。

③ 二級處理主體工藝采用改良A/A/O工藝——A/A/O/A/O組合工藝

高效組合后，強化多點進水、多級回流，提高脫氮除磷效果及運行節(jié)能降耗的靈活性。

④ 采用微濾工藝

采用過濾網(wǎng)精度≤10 μm的精密過濾工藝，進一步提高SS出水標(biāo)準(zhǔn)。

⑤ 采用矩形二沉池

采用占地小、沉淀效果好的矩形二次沉淀池，進水和出水均沿池長方向同側(cè)布置（類似于周進周出圓形沉淀池），較好地解決了傳統(tǒng)平流沉淀池的出水堰上負荷較大的問題。

⑥ 采用臭氧高級氧化工藝

臭氧是一種多功能的強氧化劑，很難被生物所氧化降解的污染物，在深度處理工段利用臭氧直接氧化或羥基自由基間接氧化去除，氧化后終產(chǎn)物為CO₂和H²O。

⑦ 采用硝化濾池強化高氟高氮水的預(yù)處理

因高氟水中含氮濃度很高，采用硝化濾池將高氟水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，大大提高后續(xù)生化脫氮效率。

⑧ 利用臭氧制備“廢氣”進行純氧曝氣，以廢治廢，節(jié)能降耗

利用高級氧化臭氧制備的廢氣，將廢氣中所含90％純氧再利用，作為生化池的氧源。純氧曝氣優(yōu)點：曝氣池溶解氧量高，污泥濃度高，抗沖擊負荷能力強，適于處理難降解的工業(yè)廢水;氧利用率高，曝氣時間短，占地少;純氧流量大大減小，動力消耗極低;臭味不易擴散，二次污染少，且臭氣量少，臭氣管道大大減小，減少除臭投資及運行費用;能促進污泥降解率，污泥產(chǎn)量較少，活性污泥沉降、濃縮、脫水性能較好。

⑨ 建(構(gòu))筑物的集約化設(shè)計，大大節(jié)省用地

大大強化建(構(gòu))筑物的集約化設(shè)計，包括：格柵及水解酸化池、生化池、二沉池、事故池及綜合泵站集約（綜合池）；污泥脫水、加藥及除臭車間集約；臭氧制備間、風(fēng)機房、曝氣生物濾池集約等。集約設(shè)計后原規(guī)劃規(guī)模為3.6×10⁴ m³/d的用地條件能滿足遠期總規(guī)模7.2×10⁴ m³/d的布置要求。

7 結(jié)論

科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠的成功運行，標(biāo)志著廣州首座出水達到地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠成功運行。其核心技術(shù)為液晶顯示器工業(yè)廢水的高標(biāo)準(zhǔn)處理提供了成功經(jīng)驗。

科學(xué)城LG水質(zhì)凈化廠的成功運行，為廣州及周邊地區(qū)市政基礎(chǔ)項目BT模式的實施與推廣提供了范本和重要借鑒，進而推動市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)采用BT、BOT、PPP等項目管理資本運營模式。
（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第14期“設(shè)計經(jīng)驗”欄目）

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