近年來LCD、OLED等液晶顯示面板產業產能增長迅速，液晶面板生產會產生大量的含氟廢水及有機廢水，含氟廢水為環保嚴格管控的危廢品，《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）規定排放水中F濃度不超過10mg/L，針對具體項目還可能會提出更嚴格的標準要求。
某市OLED項目，針對其生產廢水配套建設了KXC水質凈化廠。
1、工程背景
1.1 項目基本情況
該OLED項目是當地重點引進的液晶顯示面板工業項目，對區域經濟發展具有重要意義，KXC水質凈化廠是該項目配套的環保設施，由財政投資建設，為滿足環評及“三同時”要求，須在OLED項目投產前建設完成。
OLED項目生產廢水分為7類，包括含氟廢水、含H2O2廢水、含氮廢水、高氮廢水、含磷廢水、有機廢水以及公輔設施廢水和生活排水，擬采用“工廠內預處理+KXC水質凈化廠深度處理”的工藝路線，各類廢水工廠內預處理情況如下：
①含氟廢水：設計水量11800m3/d，單獨收集，混凝沉淀法除氟處理后，進入含氟廢水排放池。
②含H2O2廢水：設計水量3300m3/d，單獨收集，還原、除磷處理后，并入有機廢水一同處理。
③含氮廢水：設計水量7800m3/d，含高濃度氨氮和高濃度有機物，通過硝化、反硝化去除氨氮后，并入有機廢水一同處理。
④高氮廢水：設計水量700m3/d，含更高濃度氨氮和更高濃度有機物，通過硝化、反硝化去除氨氮后，進入含氮廢水池合并再處理。
⑤含磷廢水：設計水量1200m3/d，磷酸鹽濃度高，除磷處理后并入有機廢水一同處理。
⑥有機廢水：預處理后的含H2O2、含氮、高氮、含磷及其他有機生產廢水，總設計水量42350m3/d，采用“厭氧+缺氧+好氧”工藝預處理后，進入有機廢水排放池。
⑦公輔設施廢水、生活排水：設計水量680m3/d。公輔設施廢水包括實驗室廢水、純水制備廢水等；公輔設施廢水、生活排水排入有機廢水排放池。
綜上所述，OLED項目生產廢水廠內預處理后，分含氟廢水和有機廢水兩股，分別由提升泵輸送至KXC水質凈化廠，其中含氟廢水水量11800m3/d，有機廢水水量43030m3/d。
KXC水質凈化廠尾水接納水體現狀為地表劣Ⅴ類水，環境容量已飽和。OLED項目生產排放的含氟廢水及有機廢水成分復雜，含氟廢水中F主要以HF、氟硅酸鹽等形式存在，處理難度大，且氟已被WHO列為第三大能引起重大疾病的污染物質（僅次于砷和硝酸鹽），如不妥善處理會威脅人體生命健康。為避免影響流域內水環境質量，保障區域水環境整治成果，OLED項目環評批復要求：KXC水質凈化廠尾水排放執行《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）中Ⅳ類水標準。
1.2 設計水量、水質及其他工程目標
1.2.1 設計水量
考慮10%的安全系數，本凈化廠設計規模為6×104m3/d，其中含氟廢水1.3×104m³/d，有機廢水4.7×104m³/d。1.2.2設計進、出水水質根據環評批復及OLED項目確認，KXC水質凈化廠設計進、出水水質指標見表1。
1.2.3 其他工程目標
①污泥處理目標：本工程產生的生化剩余污泥與混凝沉淀物化污泥，經濃縮、調質、脫水處理至含水率不超過60%后委托有資質單位外運處置。
②臭氣處理目標：本工程廠界惡臭執行《惡臭污染物排放標準》（GB14554—1993）廠界標準值中的二級標準（新改擴建）要求。
③噪聲：本工程噪聲設計達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348—2008）Ⅱ類標準要求。
④中水回用：中水回用作為廠區溶藥、生物濾池及板框壓濾機反洗用水、綠化及洗地用水、周邊工廠生產用水等，預測中水回用規模最高可達4.2×104m³/d。
2、處理工藝工程方案
2.1 工藝方案論證
工藝方案論證的目的是根據水量、進出水水質及污染成分等基礎數據，基于技術可靠、投資節省、運維成本低等原則，選用效費比最優的工藝技術。本工程處理系統在降解有機物的同時，既要達到脫氮除磷的目的，又要滿足氟化物的出水指標。
①含氟廢水進水F濃度為17mg/L，尾水排放要求F濃度不超過1.5mg/L。含氟廢水經過除氟預處理后，與有機廢水混合均勻，再進入沒有除氟功能的生化處理+深度處理系統，且含氟廢水量占比達21.67%，只有其預處理系統出水F濃度不超過4mg/L，才能確保尾水F達標，因此含氟廢水預處理系統需要審慎選擇工藝參數，確保預處理效果。
②含氟廢水進水溶解性固體濃度為2000mg/L，易導致后續系統結垢、堵塞，應設置除硬工序。
③含氟廢水進水NH3-N濃度為100mg/L，常規二級生化處理工藝難以有效去除如此高濃度的NH3-N，需考慮在主體生化工藝前對NH3-N進行預處理，將其轉化為NO3-，以減輕后續系統的脫氮壓力。
④進水來自OLED項目工廠內預處理后的工業廢水，水中殘留的有機物生化性差，需考慮提高難降解有機污染物的可生化性。
⑤由于OLED項目工廠內預處理系統出水水質會有一定程度的波動，而本凈化廠尾水排放要求穩定達到地表Ⅳ類水標準，同時廠區用地緊張，噸水占地面積僅0.619m2（/m³·d-1），因此應選擇技術可靠、耐沖擊負荷、占地節省、適應性強的工藝方案。
⑥要求尾水中TP不超過0.3mg/L，生化系統對TP去除有限，須考慮設置物化工藝，以強化TP的去除。
2.2 含氟廢水預處理工藝選擇
①除硬度
含氟廢水進水溶解性固體濃度為2000mg/L，需設置除硬設施。除硬工藝有化學法、離子交換法、膜分離法、電滲析法等。化學法通過投加石灰、純堿等藥劑，生成CaCO3、Mg（OH）2等沉淀物去除水中硬度，可有效降低水中含鹽量，但只能去除碳酸鹽硬度和堿度，如要求降低水中非碳酸鹽硬度，可采用聯合投加工藝。離子交換法通過樹脂離子交換去除水中Ca2+、Mg2+等離子，工藝成熟，多用于食品行業制飲料用水和熱電產業。膜分離法采用反滲透膜去除水中硬度，操作簡便，除鹽及去除污染物效率高，給水工程、海水淡化應用較多，投資高，運行成本高。電滲析法在外加直流電場作用下，水中陰、陽離子分別通過陰、陽離子交換膜向陽極和陰極移動，達到凈化目的，常用于初級純水制備。電滲析法投資省，處理能力大，維護方便，運行費用最高。
結合以上各除硬工藝的分析比較，本項目含氟廢水硬度去除選擇化學法，含氟廢水預處理系統設置除鈣高效沉淀池，通過投加純堿、PAC、PAM、惰性載體微砂，設置污泥循環，使水中大部分Ca2+生成CaCO3沉淀去除，除硬處理后出水溶解性固體濃度降低至不超過300mg/L。
②除氟
除氟工藝有沉淀法、吸附法、膜分離法、離子交換法等。沉淀法通過投加Ca2+藥劑，形成CaF2沉淀而去除F-，傳統CaF2沉淀工藝出水F濃度一般為10mg/L左右。參考類似工程經驗，通過投加適當藥劑及惰性載體、設置污泥循環等手段，可將出水F濃度降低至不超過4mg/L。吸附法將活性氧化鋁、骨炭等吸附劑裝入填充柱，采用動態吸附方式去除F-，操作簡便、效果穩定，但吸附容量低、處理水量小、吸附過程慢、再生困難。膜分離法采用反滲透膜去除F-，效率高，產水率低，投資高，運行成本高。離子交換法通過樹脂離子交換去除F-，樹脂對F的選擇性差，對進水水質要求苛刻，脫附液需要再處理。
對比分析以上除氟工藝的優缺點及適用條件，去除F以沉淀法最為經濟常用，本工程選擇混凝沉淀法。在含氟廢水預處理系統中設置除氟高效沉淀池，考慮到進水中已含有過量Ca2+，本單元投加PAC、PAM、惰性載體微砂，設置污泥循環，以增大CaF2顆粒粒徑，加快其沉淀速度而去除水中F-。根據類似工程數據，只要PAC及PAM投加量、微砂粒徑、污泥循環流量選擇適當，能將出水中F濃度降至不超過4mg/L。
③除氨氮
含氟廢水進水NH3-N濃度為100mg/L，為提高主體工藝系統的脫氮效率，設置含氟廢水預硝化工序。由于硝化菌世代期長、活性低，常規生化處理工藝要保證硝化效果，通常需加大曝氣池容積，降低有機負荷，導致反應池占地面積大。如在MBBR硝化池中投加懸浮填料，則懸浮載體上硝化菌群豐度大大增加，某運行項目鏡檢顯示懸浮載體上硝化菌群豐度達28.56%，為系統內活性污泥的14倍，MBBR系統硝化效率比常規生化工藝提高不少，因此該項目含氟廢水預硝化采用MBBR硝化池。
綜上，含氟廢水預處理工藝流程見圖1。
2.3 其余處理工藝的比選與確定
2.3.1 混合廢水處理工藝選擇
預處理后含氟廢水與有機廢水均勻混合后進入二級生物處理工藝，經微生物氧化分解，能基本去除可降解的有機污染物，但要實現出水穩定達到地表Ⅳ類水標準，必須設置深度處理系統，本工程采用二級生化處理+深度處理的組合工藝。
對以下處理方案進行比選：①工藝組合方案一，MBR生物反應池+高級氧化+曝氣生物濾池+紫外線消毒；②工藝組合方案二，多段AO生物反應池+二沉池+高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池+接觸消毒池。
MBR工藝處理后水質優于常規生化工藝，占地面積小、污泥泥齡長、產泥率低，不受污泥膨脹影響；但MBR反應池前需設置膜格柵，建設投資高；膜吹掃空氣消耗量大；膜需要定期清洗、定期更換，運行成本高；同時混合廢水仍存在一定硬度，有膜堵塞風險。
多段AO生物反應池+二沉池為常規處理工藝，投資、運行費用均低于MBR工藝。基于水質分析，并參考類似工程數據，若優化選擇工藝參數，強化脫氮除磷效率，可確保出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B甚至更優的標準。深度處理采用高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池，比方案一增加了高效沉淀池，進一步攔截曝氣生物濾池泄漏的SS，強化去除水中COD、SS、TP，可確保尾水穩定達標。
本工程推薦方案二：多段AO生物反應池+二沉池+高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池+接觸消毒池。
2.3.2 污泥處理工藝
本工程要求處理后污泥含水率不超過60%，而混凝沉淀物化污泥占比超過60%，物化污泥有機質含量低，難以消化處理，設計中對以下處理方案進行比選：脫水+干化工藝、加堿穩定+脫水工藝。兩種方案均成熟、可靠。脫水+干化系統建設投資、運行成本均比加堿穩定+脫水工藝高10%以上，且配套設施復雜。加堿穩定+脫水工藝需投加石灰乳、FeCl3等藥劑，處理后干污泥量增加20%~30%。
經比較，加堿穩定+脫水工藝更具經濟性，系統管理簡單，因此本工程污泥處理采用重力濃縮+加堿穩定+板框壓濾脫水機工藝。
2.4 最終工藝方案
含氟廢水經除鈣+預硝化+除氟預處理后與有機廢水均勻混合，再經多段AO生物反應池+二沉池+臭氧高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池+次氯酸鈉消毒處理后，達標排放。廢水處理產生的污泥，經濃縮+污泥調質+脫水處理，至含水率不超過60%后外運，具體處理工藝流程見圖2。
3、主要構筑物設計
①除鈣高效沉淀池：通過投加純堿、PAC、PAM及惰性載體微砂，將出水中的溶解性固體含量降低至不超過300mg/L。整體尺寸為21.40m×9.20m×（3.25~5.75）m，包括反應池、混凝池、絮凝池、沉淀池，2個系列并聯運行。
反應池單系列有效容積75.0m³，水力停留時間16.31min，10%純堿溶液最大投加量1300mg/L，30.5%NaOH最大投加量1230mg/L。混凝池單系列有效容積15.6m³，水力停留時間3.45min，10%PAC溶液最大投加量200mg/L。絮凝池單系列有效容積23.06m³，水力停留時間5.10min，PAM最大投加量1.0mg/L。沉淀池單系列直徑4.0m，斜管區面積8.80m2，上升流速31.88m/h，單系列污泥循環流量40m3/h，沉淀池出水槽濃硫酸最大投加量390mg/L。
②MBBR硝化池：池內投加HDPE懸浮填料載體，與懸浮活性污泥相嵌合，形成泥膜復合工藝，在降解有機物的同時，將水中NH3-N經硝化反應生成NO3-、NO2-，出水NH3-N不超過20mg/L。整體尺寸26.40m×25.80m×6.7m，2個系列并聯運行。
硝化池空床水力停留時間6.7h，硝化負荷為0.56kgNH4+-N/（m3·d），設計池內DO為4mg/L。
HDPE填料投加率為53.4%，填料有效比表面積不小于800m2/m3，密度為（0.95±0.02）g/cm3；填料標稱尺寸Ø25mm，厚度3~4mm；填料抗壓強度不小于50N/mm，紫外損失值不超過0.015%。
③除氟高效沉淀池：以去除F為主要目的，出水F不超過4.0mg/L。整體尺寸26.30m×11.20m×（4.75~6.75）m，包括接觸池、混凝池、絮凝池、沉淀池，2個系列并聯運行。
接觸池單系列有效容積150.50m³，水力停留時間33.32min，預留Ca2+藥劑投加功能。混凝池單系列有效容積150.50m³，水力停留時間33.32min，10%PAC溶液最大投加量1150mg/L。絮凝池單系列有效容積36.09m³，水力停留時間7.99min，PAM最大投加量1.0mg/L。沉淀池單系列直徑4.0m，斜管區面積8.00m2，上升流速31.88m/h，單系列污泥循環流量40m3/h。
④多段AO生物反應池：以降解有機物、脫氮、除磷為目的，整體尺寸101.20m×85.20m×7.20m，水深5.75~6.00m，包括厭氧池、兼氧池、好氧池，2個系列并聯運行。
生物反應池按3段缺氧-好氧區設計，三段進水量分別為總水量的55%、30%、15%，總計水力停留時間19.0h，各段水力停留時間：厭氧池為1.46h、缺氧池1為3.765h、好氧池1為5.225h、缺氧池2為2.85h、好氧池2為2.85h、缺氧池3為1.425h、好氧池3為1.425h。
反應池污泥濃度4200~5000mg/L；污泥負荷0.09~0.104kgCOD/（kgMLSS·d）；污泥回流比50%~100%；混合液內回流比200%；系統設計泥齡約25d。
⑤二沉池：采用周進周出圓形輻流式沉淀池，與污泥泵房、提升泵房合建。
二沉池尺寸Ø42m×（5.20~5.70）m，水深4.40~4.90m，2個系列并聯運行，表面水力負荷0.90m3（/m2·h），沉淀時間3.75h。
污泥泵房尺寸5.40m×14.80m×7.65m，污泥回流量1250~2500m3/h，設置污泥回流軸流泵3臺；剩余污泥流量為60m3/h，設置剩余污泥潛污泵4臺。
提升泵房尺寸11.80m×6.20m×7.80m，額定提升流量2500m3/h，設置提升軸流泵3臺。
⑥高級氧化池：利用臭氧催化氧化將絕大部分難生物降解COD轉化為BOD，與曝氣生物濾池合建，總尺寸27.5m×19.5m×8.10m，水深6.96~7.32m，2個系列并聯運行。
高級氧化池水力停留時間55min，采用鈦板曝氣方式，臭氧投加量25~50mg/L。
⑦曝氣生物濾池：與高級氧化池合建，進一步去除COD、NH3-N、SS、TP等污染物。總尺寸37.5m×24.5m×6.85m，水深6.25m，共分8格，單格濾池面積72m2。
設計濾速6.51m/h，強制濾速7.44m/h，內回流比50%；反沖洗周期為36~72h，采用氣水反沖洗，反沖洗程序及參數如下：降水位，歷時2min；氣洗，強度70m3（/m2·h），歷時4min；氣洗+水洗，氣洗強度70m3（/m2·h），水洗強度18m3（/m2·h），歷時6min；水洗，強度18m3（/m2·h），歷時10min。
⑧高效沉淀池：投加PAC、PAM，水質惡化時投加粉末活性炭，進一步去除COD、SS及TP。總尺寸44.15m×21.20m×（5.70~8.20）m，水深4.70~6.92m，包括活性炭接觸池、混凝池、絮凝池、沉淀池，2個系列并聯運行，與消毒池合建。
活性炭接觸池單系列有效容積365m³，水力停留時間17.52min，水質惡化時5%粉末活性炭投加量20~50mg/L。混凝池單系列有效容積49m³，水力停留時間2.40min，10%PAC溶液投加量47~250mg/L。
絮凝池單系列有效容積249m³，水力停留時間12.00min，PAM投加量0.5~1.0mg/L。沉淀池單系列直徑8.0m，斜管區面積44.64m2，上升流速28.0m/h。每個系列污泥循環流量60m3/h。
⑨消毒池：消毒池尺寸44.15m×21.20m×6.80m，水深5.50m。消毒劑采用10%NaClO溶液，加氯量5~10mg/L，接觸時間45min，出水大腸菌群數不超過20000個/L。
⑩污泥濃縮池：4個系列并聯運行，每個系列尺寸12m×12m×（5.00~5.686）m，水深4.00~4.686m。
生化系統剩余污泥量900~1065m3/d，污泥含水率99.2%~99.3%，干污泥量7.45tDS/d；物化系統排泥量600~785m3/d，污泥含水率98.5%，干污泥量9~11.75tDS/d。濃縮池固體通量33.3kgDS/（m2·d），濃縮時間約18h，濃縮后污泥含水率約97%。
⑪污泥脫水：設置2臺污泥調質箱，并聯運行。每臺調質箱分3格，第1、2格為反應區，有效容積均為23.5m3，依次投加38%~40%FeCl3溶液、10%石灰乳，污泥停留時間均為36min；第3格為調理區，有效容積94m3，污泥停留時間145min。石灰、FeCl3溶液投加量分別為干污泥量的25%、15%。
設置6臺板框壓濾脫水機，正常運行時同時工作，每天運行3個周期，每個周期歷時3h。每臺脫水機配置76片規格為1500mm×1500mm的濾板，運行時壓榨壓力<160N/cm2。
4、實施效果及經濟分析
4.1 工程進度及現場圖片
該工程于2018年11月開始施工，2020年2月底通過竣工驗收，2020年11月通過環保驗收，目前一直運行穩定，最終尾水水質優于地表水Ⅳ類標準。部分現場構筑物照片見圖3。
4.2 水量及水質
由于OLED項目生產線未滿負荷運行，含氟廢水進水量為5000~6700m3/d，有機廢水進水量為（2~2.4）×104m3/d，均為設計值的50%左右，因此目前KXC水質凈化廠運行一條處理工藝線，另一條線備用。
含氟廢水及有機廢水的實際進水水質見表2。
2020年8月1日—10月31日，連續3個月的尾水水質見表3。可見，各指標均優于設計值。
4.3 經濟分析
包括3個月試運行費用在內，該水質凈化廠總投資為35607.57萬元，噸水建設投資約為5935元/m3。占地面積3.7143×104m2，噸水占地面積為0.619m2（/m3·d-1）。經核算，噸水直接運行費用為2.02元/m3。
5、結論及建議
該水質凈化廠處理規模6×104m3/d，接收OLED項目液晶面板生產產生的高硬度、高含氟、高NH3-N、可生化性差的廢水，經過除硬除氟等預處理、二級生化處理及深度處理，出水穩定達到地表水Ⅳ類標準。
其中多段AO生物處理+二沉池+高級氧化+曝氣生物濾池+高效沉淀池組合處理工藝適應性強、耐沖擊負荷、占地節省，出水水質穩定達標。
不同液晶面板生產線排放廢水的濃度、成分、污染物形態會稍有差別，因此對于含氟廢水預處理系統藥劑選擇、加藥量等參數，建議通過燒杯試驗，結合進水水質分析確定。
由于工人誤操作、生產設備儀表損壞等因素，工廠廢水排放水質存在惡化的可能，因此建議工業廢水凈化廠設置應急措施。該OLED項目工廠內設置有3000m3事故水池，KXC水質凈化廠內的高效沉淀池設置有粉末活性炭投加、尾水排放管上設置自動閥門等設施。（來源：廣東省建筑設計研究院有限公司，深圳市城市規劃設計研究院有限公司）
