广州科学城LG水质净化厂工程技术创新及应用 邱维 (广州市市政工程设计研究总院，广东广州510060)

广州科学城LG水质净化厂工程技术创新及应用

邱维

(广州市市政工程设计研究总院，广东广州510060)

摘要：广州科学城LG水质净化厂BT项目采用发明专利技术处理液晶显示器工业废水，出水水质达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类水的排放标准。该厂为广州首座出水水质达到地表水Ⅳ类水标准的污水处理厂，也为广州开发区首个以BT模式实施的市政污水治理项目。该项目为类似废水高标准处理技术路线选择提供了较好的参考和借鉴。

 

乐金显示（中国）有限公司第8.5代薄膜晶体管液晶显示器件(TFT-LCD)项目位于广州高新技术产业开发区（即广州科学城）的东部，该项目已于2014年底建成运行，为广州目前最大的外商投资项目、世界级平板显示产业基地。该世界级项目背后，有着高标准的废水处理配套设施为其保驾护航——科学城LG水质净化厂。

工业园所有废水在内部污水处理站分类处理，达到广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）三级标准以及氨氮、磷酸盐、氟化物达到《污水排入城市下水道水质标准》（CJ 343—2010）。工业园内分类预处理后由专用管道与周边员工楼生活污水一并纳入科学城LG水质净化厂做进一步处理，达到地表水Ⅳ类水的标准后排入乌涌。

2013年7月，广州开发区建设发展集团有限公司组织开展本净水厂BT公开招标工作，由广州市市政工程设计研究院、广州市自来水工程公司联合体中标以BT形式进行设计优化和工程建设，于2014年12月底完成工程初步验收。

科学城LG水质净化厂为广州开发区首座按BT模式实施的市政污水治理工程，也是广州建成的首座出水水质达到地表水Ⅳ类水标准的污水处理厂。

1 工程概况

科学城LG水质净化厂位于广州市经济技术开发区的东部，南侧紧邻光谱东路，在新乐路和开达路之间，工程规模为3.6×10⁴ m_³/d，占地面积为4.95 hm²（按远期7.2×10⁴ m³/d控制用地）。本项目出水水质达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类标准。

本项目批准概算的工程总费用为31 075.62万元，其中：建筑工程费为11 864.56万元，设备购置费为16 300.14万元，安装工程费为2 910.92万元。

2 进、出水水质指标

本净水厂服务的工厂废水分为含氟废水与其他废水两类，含氟废水与其他废水在工厂内分质预处理后提升输送至本净水厂进行进一步处理。工厂内各类废水来源有以下三类：

① 含氟废水

含氟废水主要来自TFT工程，此外，化学气相沉积CVD工序和干法刻蚀DE工序产生的有害废气含氟化物，经废气洗涤塔处理后的废水也含有较高浓度的氟化物。

② H₂O₂废水

含H₂O₂废水主要来自TFT工程的湿刻工序，废水中还含有一定量磷酸盐和有机物。

③有机废水

有机废水是本项目最主要的生产废水。包含有机废水和TN废水。有机废水主要来源于光刻后清洗产生的废水。其次，Cell成盒工程也产生一定量有机废水。光刻工艺使用到光刻胶、光阻剂、稀释剂（丙二醇醚酯PGMEA）、剥离液（乙醇胺MEA；二乙二醇单甲醚DGME；甲基甲酰胺NMF）等，因此清洗废水中含有高浓度的COD和氨氮，虽具有可生化性但降解较难。此外，纯水制备、中水处理、废气处理等系统也会产生有机废水。

含氮有机废水主要来自TFT工程和CF彩膜工程。含氮有机废水的特征为污染物成分复杂，因含有染料，具有一定的色度和粘度，含高浓度的氨氮和有机物。

废水处理站分质预处理流程见图1。

图1 废水处理站分质预处理流程

工业园内含氟废水与综合废水在工厂内分质预处理后，经泵站提升输送至工业园外的科学城LG水质净化厂进一步处理。LG水质净化厂设计进、出水指标见表1。

表1 设计进、出水水质

3 处理工艺路线

本项目采用三级处理工艺。综合废水经厂外管道直接输送至细格栅，再进入水解酸化池；废水在水解酸化池中厌氧水解后，提高可生化性，为后续好氧处理创造有利条件。废水经水解酸化后，进入改良A²/O生化反应池，通过厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧生物反应池充分的生物降解，实现COD、BOD₅、氨氮、总氮、总磷等的大幅度削减。二级生化处理工艺将BOD₅、氨氮等可生物降解的有机物基本完全分解，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。为了使COD达标排放，并保障出水水质达到地表Ⅳ类水体标准，深度处理采用高级氧化+曝气生物滤池+高效沉淀池工艺，最后出水经紫外线消毒后，排入乌涌右支流。

具体工艺流程见图２。

图2 工艺流程

含氟废水拟采用混凝沉淀工艺处理，通过二级混凝沉淀，分别投加CaCl₂、PAC、PAM等药剂去除大部分氟，然后与其他废水混合，使出水中氟达到排放标准。含氟废水的氨氮含量高达200 mg/L，而BOD₅含量很少（50 mg/L），为了实现脱氮效果，进入主流程前，另外考虑增加硝化曝气生物滤池，将氨氮高效率地转化为硝氮，再进入主流程。

含氟废水中的硝氮与其他废水混合后进入主处理工艺，生化法进一步脱氮，当生物反应池碳源不足时，可投加外加碳源，以保障充分的硝化反硝化，使出水氮达标。

发生事故时，在水解酸化池前，将废水输送至事故池，暂时存储，待出水水质正常后，将事故池暂存废水回流至系统的前端进行进一步处理。

本工程产生两类污泥，第一类为机械反应斜板沉淀池产生的化学污泥；第二类为生物反应池产生的剩余污泥。两类污泥分别处理，第一类污泥含水率比较低（98%），由污泥管道收集至污泥浓缩池，浓缩后由脱水机进行脱水，脱水后污泥的含水率达到60%；第二类污泥含水率较高（99.2%），污泥经收集后，由重力浓缩池浓缩，然后进行加药调质脱水，使污泥含水率达到60%以内；两类污泥脱水后外运处置。

4 主要构筑物工艺设计

① 细格栅

去除污水中较大漂浮物和直径>5 mm的固体物。采用钢筋混凝土渠1座，分2格，每格渠宽为1 000 mm。采用循环齿耙回转格栅除污机2台，栅条间隙为5 mm，安装角度为75°。

② 水解酸化池

停留时间为8 h，设布水系统，填充平板填料。钢筋混凝土结构池体，有效水深为8.50 m，上升流速为0.91 m/h，设10组，单组容积为1 402 m³。

③ 改良A/A/O生化池

矩形钢筋混凝土结构,1座2组。水力停留时间：选择区0.5 h、厌氧池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，总停留时间为18.5 h。每座构筑物尺寸为34.1 m×54.9 m×9.4 m（有效水深为8.0 m）。污泥浓度为4 200 mg/L；污泥回流比为60%~100%；内回流1回流比为290%~300%;内回流2回流比为50%~100%。纯氧曝气供需氧量为10 m³/min。

④ 二沉池

采用矩形平流式沉淀池，进水和出水均在沿池长方向的同一侧布置，原理类似于周进周出圆形沉淀池。刮泥采用链式刮泥机，排泥采用穿孔管排泥，在污泥回流比约0.75的情况下，排泥浓度为0.6%~0.8%。并联设4座钢混结构二沉池。每座池宽为7.6 m，池长为56 m，有效水深为4.2 m，总深为4.8 m。

主要参数：平均流量时表面负荷为0.9 m³/(m²·h)，固体通量为7.8 kgSS/(m²·h)，沉淀时间为2.0 h。

⑤ 事故池

事故时临时存储进水。当水质净化厂的运行出现严重问题，甚至不能达标排放时，需启用事故池。待事故排除后，再经事故水泵提升,缓慢、均匀地排至流程前端。事故调节时间为3.6 h。

⑥ 微滤

微滤主要用于二沉池出水的过滤，主要用于降低二沉池出水中SS含量，有效减少高级氧化工段臭氧投加量，降低运营成本。共设3台微滤机。

⑦ 臭氧高级氧化

为进一步降解二沉池出水COD，一级微滤后设置臭氧高级氧化。高级氧化池出水再经后续曝气生物滤池处理。设计为钢筋混凝土池体，臭氧接触时间为44.5 min。臭氧投加浓度为50 mg/L，设3套25 kg/h臭氧发生器。

⑧ 曝气生物滤池

与臭氧接触池联用，进一步降低COD，同时去除BOD5、NH⁺₄-N等污染物。设计1座钢筋混凝土池体，分6格，单格滤池面积为56 m²。曝气生物滤池设计滤速为6.69 m/h，单格冲洗时滤速为7.99 m/h，工艺气滤速为9 m/h，气水联合反冲洗。

⑨ 高效沉淀池

本项目采用高效沉淀池作为末端进一步强化深度处理的重要工序。曝气生物滤池出水进入高效沉淀池，在沉淀池上游的进水口投加混凝剂、吸附剂。设1座高效沉淀池，分两组。混凝池停留时间为1.7 min，投加池停留时间为1.7 min，熟化池停留时间为2.6 min，沉淀池表面负荷为30~45 m/h。

⑩ 高氟水预处理——物化除氟

通过投加氯化钙、PAC、PAM等药剂，将含氟废水氟化物由50 mg/L处理至10~12 mg/L，再与经预处理后的其他废水混合，稀释后出水氟浓度<1.5 mg/L。设2座除氟沉淀池，可串联或并联运行。

高氟水预处理——硝化滤池

将高氟水中的NH⁺₄-N转化为NO^-₃-N。硝化滤池设计规模为4 300 m³/d，分4格，单格面积为64 m²。设计硝化负荷为0.59 kgNH₃-N/（m³·d），水力负荷为2.1 m³/(m²·h)，空床水力停留时间为1.9 h。硝化滤池内回流比为200%。

污泥浓缩池

设4座9 m污泥浓缩池（1座化学污泥与3座生化污泥）。生化污泥量为7 720 kgDSS/d，含水率为99.2%，浓缩时间为12 h，浓缩后出泥含水率为97%，固体通量为40.47 kgDSS/(m²·d)；化学污泥量为2 060 kgDSS/d，含水率为99.4%~99.6%，浓缩时间为12 h，浓缩后出泥含水率为96%，固体通量为32.40 kgDSS/(m²·d）。

污泥脱水车间

采用板框压滤机，脱水污泥含水率≤60%。设置3台板框压滤机，两台用于生化污泥，一台用于物化污泥。物化污泥脱水机故障时，可通过阀门切换，将一台生化污泥脱水机用于物化污泥脱水。污泥浓缩池出泥输送至污泥调制间进行调制。污泥调制采用三氯化铁溶液和石灰粉两种药剂。

5 运行效果

本项目于2013年9月7日开工，2014年12月底完成工程初步验收。调试运行的实际进、出水水质情况见表2(连续采样日期为2014年11月12日—19日)。

表2 实际监测进、出水水质

因综合废水进水氟化物浓度大大超过设计标准（工业企业内也正在调整改进工艺），调试运行中总出水氟化物暂不达标，其余出水指标均优于设计标准。

6 工程技术创新

① 工程管理创新

本项目为广州开发区首个以BT模式成功实施的市政污水治理项目。因工期紧、处理标准高，本项目按BT模式实施。由BT中标方（广州市市政工程设计研究院、广州市自来水工程公司）负责筹措本项目建设资金，完成项目的设计优化、前期报建、施工、移交及保修任务。本BT项目在广州开发区的首次成功实施，为广州及周边地区市政基础项目BT模式的实施与推广提供了范本和重要借鉴，进而推动市政基础设施建设采用BT、BOT、PPP等项目管理资本运营模式实施的新的发展趋势。

② 总体技术创新

本项目为广州建成的首座出水水质达到地表水Ⅳ类水标准的污水处理厂,大大超过了一级A标准。选择工艺成熟、技术可靠、经济较优的处理方案是本项目的首要难点。在该厂设计中，基于实验、试验基础，摸索出一套可稳定达到地表水Ⅳ类标准的技术先进、经济较优的工业废水处理成套技术（已授权发明专利）。

③ 二级处理主体工艺采用改良A/A/O工艺——A/A/O/A/O组合工艺

高效组合后，强化多点进水、多级回流，提高脱氮除磷效果及运行节能降耗的灵活性。

④ 采用微滤工艺

采用过滤网精度≤10 μm的精密过滤工艺，进一步提高SS出水标准。

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，进水和出水均沿池长方向同侧布置（类似于周进周出圆形沉淀池），较好地解决了传统平流沉淀池的出水堰上负荷较大的问题。

⑥ 采用臭氧高级氧化工艺

臭氧是一种多功能的强氧化剂，很难被生物所氧化降解的污染物，在深度处理工段利用臭氧直接氧化或羟基自由基间接氧化去除，氧化后终产物为CO₂和H²O。

⑦ 采用硝化滤池强化高氟高氮水的预处理

因高氟水中含氮浓度很高，采用硝化滤池将高氟水中的氨氮转化为硝态氮，大大提高后续生化脱氮效率。

⑧ 利用臭氧制备“废气”进行纯氧曝气，以废治废，节能降耗

利用高级氧化臭氧制备的废气，将废气中所含90％纯氧再利用，作为生化池的氧源。纯氧曝气优点：曝气池溶解氧量高，污泥浓度高，抗冲击负荷能力强，适于处理难降解的工业废水;氧利用率高，曝气时间短，占地少;纯氧流量大大减小，动力消耗极低;臭味不易扩散，二次污染少，且臭气量少，臭气管道大大减小，减少除臭投资及运行费用;能促进污泥降解率，污泥产量较少，活性污泥沉降、浓缩、脱水性能较好。

⑨ 建(构)筑物的集约化设计，大大节省用地

大大强化建(构)筑物的集约化设计，包括：格栅及水解酸化池、生化池、二沉池、事故池及综合泵站集约（综合池）；污泥脱水、加药及除臭车间集约；臭氧制备间、风机房、曝气生物滤池集约等。集约设计后原规划规模为3.6×10⁴ m³/d的用地条件能满足远期总规模7.2×10⁴ m³/d的布置要求。

7 结论

科学城LG水质净化厂的成功运行，标志着广州首座出水达到地表水Ⅳ类水标准的污水处理厂成功运行。其核心技术为液晶显示器工业废水的高标准处理提供了成功经验。

科学城LG水质净化厂的成功运行，为广州及周边地区市政基础项目BT模式的实施与推广提供了范本和重要借鉴，进而推动市政基础设施建设采用BT、BOT、PPP等项目管理资本运营模式。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第14期“设计经验”栏目）

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