深圳市某产业园是以芯片类集成电路企业为主的高新产业园，芯片的生产涉及清洗、氧化、涂胶、显影、刻蚀、金属化、铜互联、抛光、研磨等工序，会产生酸碱废水、含氟废水、含铜废水、氨氮废水、有机废水等工业废水。芯片类废水的特征污染因子氟化物、铜离子等对人体和生态系统的危害较大。因此，为满足环保要求，园区企业必须各自对其产生的工业废水进行预处理，达到一定标准后集中进行深度处理。

虽然园区企业已对产生的工业废水进行了预处理，但其仍存在特征污染物浓度高、可生化性差、成分复杂等难点，属于较难处理的工业废水。同时，由于该产业园所在流域的环境容量有限且涉及饮用水水源，按照环评及相关文件要求，工业废水经深度处理后需全部回用。而工业废水厂无规划预留用地，只能与某规划全地下生活污水厂合并建设，采用全地下形式。针对园区企业的工业废水深度处理需求以及尾水回用要求，调研分析类似工程案例并对核心工艺段进行试验，重点关注特征污染物的去除以及绿色标杆全地下水质净化厂的建设要求，旨在设计出一套技术稳定、经济可行的工艺路线，从而为集成电路废水深度处理回用工程提供参考。

1、工程概况

1.1 设计水量

结合现状需求和未来发展规划，该集成电路废水深度处理回用工程设计规模25000m3/d，其中园区内2家重点集成电路企业扩建生产线的废水深度处理需求为20000m3/d，同时为规划入驻园区的集成电路上下游企业预留5000m3/d综合工业废水处理能力。结合上游企业生产情况，该工程近期设备规模15000m3/d。上游企业园区产生的酸碱废水、含氟废水、含铜废水、氨氮废水、有机废水等分别经过化学中和、混凝沉淀、氨氮吹脱和生化系统等预处理，统一排放至企业内尾水池混合均匀后，再由专管转输至深度处理工程。考虑到企业末端设置尾水池，且深度处理工程前端设置调节池、事故池，该工程水量变化系数取1.0。

1.2 设计水质

企业内工业废水预处理系统排放标准执行广东省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）中表4第二时段二级标准和《电子工业水污染物排放标准》（GB39731—2020）中表1间接排放限值的较严值。环评批复要求出水总铜执行GB39731—2020中表1直接排放标准，其余指标执行《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类标准（TN≤15mg/L）并全部回用于人工湿地。该工程设计进、出水pH均为6~9，出水水质标准为深圳市最高标准。设计进、出水水质见表1。

污泥处理采用“机械浓缩+板框压滤脱水”工艺，处理至含水率60%以下外运处置。恶臭气体通过负压抽吸收集后，采用“二级生物+一级活性炭”除臭系统处理后，经15m高的排气筒排放。恶臭污染物排放执行广东省《城镇地下污水处理设施通风与臭气处理技术标准》（DBJ/T15—202—2020）中表A.0.1-1、表A.0.1-2以及表B.0.1-1（非工业区）的要求。

2、处理工艺分析

2.1 重难点分析

工业废水处理需结合水量、水质和特征污染因子等因素，分析废水处理的重难点，通过调研、试验最终选择技术成熟、经济合理的工艺方案。

该项目工艺方案选择应关注的重难点：①来水水质、水量存在波动。受上游企业生产工艺、生产周期的影响，进水水质、水量均存在一定波动。②进水中存在有毒有害物质。进水中存在铜离子、氟化物等特征污染物，如未妥善处置会威胁人体健康。③进水可生化性差。由于生产过程中产生的废水在预处理阶段已经过生化处理，深度处理单元的进水中总有机物和易降解有机物浓度较低，可生化性差。④脱氮要求高。进水总氮设计值70mg/L，且大部分为硝态氮，而设计出水总氮≤15mg/L，在低碳氮比的情况下，对反硝化脱氮的要求较高。⑤工业废水预处理后混合排放造成处理困难。基于涉密考虑，上游企业5~6股生产废水在内部分质预处理，经尾水池混合后统一排放至深度处理工程，增加深度处理难度。⑥来水水质存在高硬度等不确定性，可能会对后续的除氟工艺、生化工艺带来不利影响。

2.2 氟化物去除

氟化物的去除工艺主要有混凝沉淀法（钙盐类药剂、高分子药剂、专用除氟剂）、膜分离法（反渗透膜）、吸附过滤法（活性氧化铝）、离子交换法（专用树脂）等。进水中氟化物浓度10mg/L，出水要求不超过1mg/L，处理难度极大。根据类似工程经验，通过投加混凝沉淀药剂、设置污泥循环等手段，可将出水氟化物浓度降至2~4mg/L，也可以采用两级混凝沉淀工艺，投加氯化钙、PAC、PAM和除氟剂等药剂，控制出水氟化物浓度在1.5mg/L以下。在上述研究基础上，进行一级常规化学混凝沉淀+二级专用除氟剂试验，出水氟化物浓度仍无法稳定达到1.0mg/L以下。活性氧化铝吸附法采用吸附罐动态吸附方式去除氟离子，成本相对低廉、操作简单，但吸附容量低、再生困难；反渗透膜分离法效率高，但产水率低，投资高，运行成本高；离子交换法通过离子交换树脂去除氟离子，已应用于南京、青岛、无锡等地的类似除氟项目，出水氟离子浓度能稳定达到小于1mg/L的要求。由于工业企业内部预处理过程中大量投加钙盐用于沉淀去除氟化物，深度处理工程进水硬度较高，而该工程后端采用MBR工艺，为避免膜系统结垢等问题，需控制硬度≤300mg/L（以CaCO3计）。因此，该工程在一级混凝沉淀池设置Na2CO3投加系统，并配置NaOH投加系统，尽可能维持pH≈11.5，提供最有利的除硬反应条件。为提高二级混凝沉淀池的除氟效果，设置加酸系统，使其尽可能维持pH中性环境。

综上，深度处理工程采用“一级混凝沉淀+二级混凝沉淀（备用专用除氟剂）+离子交换树脂”工艺，确保出水氟化物稳定达标。除氟工艺流程见图1。

2.3 氮磷及有机物去除

氮磷和有机污染物通过生物反应池去除是最为经济有效、稳定可靠的方式，但该工程进水TN高达70mg/L，而NH3-N仅15mg/L，表明进水含氮污染物主要以硝态氮的形式存在，这主要是因为前端生产工序采用硝酸刻蚀工艺。在进水碳氮比（B/N=0.43）严重偏低的情况下，生物反应池需增大缺氧段回流比，强化反硝化脱氮功能。含磷污染物一部分通过微生物代谢去除，另一部分通过化学沉淀法去除。进水有机物浓度低，且主要为难降解有机物（预处理阶段已采用生化手段，BOD5/COD=0.27<0.3，可生化性差），同时要求出水COD≤20mg/L、BOD5≤4mg/L，处理要求极高。因此，针对有机物的去除，前端采用水解酸化工艺提高其可生化性，将难降解有机物分解为易降解有机物，同时后续增加臭氧催化氧化+活性炭滤池作为保障措施。

2.4 其他措施

在系统最前端设置调节池和事故池，以应对进水水质、水量波动及应急情况。针对可能出现的铜离子浓度较高情况，在前端混凝沉淀阶段设计除铜药剂投加系统。

3、工程设计要点

3.1 高程设计

集成电路废水深度处理工程为全地下建设形式，位于文体公园一角，因此高程及防淹设计非常重要。该工程原状地面标高51.00~57.00m，周边市政道路标高48.50~49.50m，公园内湖常水位46.00m，50年一遇洪水位47.00m，下游河道50年一遇洪水位41.55m。结合工程投资、防洪防涝、景观效果等因素，箱体顶部标高取51.50~52.00m，高程示意见图2。箱体内地下通道标高44.00m，工业废水深度处理区域构筑物层顶标高44.00~45.00m，操作层顶标高50.50~51.50m，地面标高51.50~52.00m。

全地下箱体受淹主要由外部雨水和内部超量废水所致。

防雨水侵入的措施：①工程箱体标高控制。箱体顶部高于周边市政道路，避免外部雨水排放不畅或超量时倒灌。②出入口设置挡水槛和遮雨棚。箱体出入口处设置一段50cm高的挡水槛避免道路雨水进入地下箱体，并在进出口坡道上部设置轻质遮雨棚。③横截沟拦水。在箱体坡道的入口、中间和坡脚处各设置一道横截沟拦截可能进入的雨水。

防超量进水的措施：①设置进水速闭闸门。在进水超量、提升泵房前池液位超过最高报警液位，有溢出、淹没风险时，进水速闭闸门迅速关闭，切断进水。在断电等应急情况下，闸门自动处于关闭状态。②设置多重闸门。在速闭闸门前后再设置手自一体电动闸门，即使在速闭闸门故障时，也能通过电动闸门切断进水。③提高进水区顶板。进水井顶板做到箱体顶板高度（51.50~52.00m），只要进水区出口处闸门关闭，即使进水水位超出地下构筑物层顶标高（44.00~45.00m），废水也不会从操作层溢出。

3.2 工艺流程

结合深度处理工程的重难点，前文工艺分析已初步确定预处理和深度处理工艺。常用的二级处理工艺有“生物反应池+二沉池”和“生物反应池+MBR”。其中，前者的应用案例更多，投资、运行费用较低，运行维护相对简单；后者具有出水水质高、节省占地、污泥浓度高、抗冲击负荷能力强等优点，但也存在投资和运行费用高、运行维护复杂等缺点。该深度处理工程无规划用地，在不增加原市政污水厂用地面积和不降低污水厂设计规模、处理标准的基础上，只能通过优化布置、采用节地工艺等措施满足建设工业废水深度处理工程的用地需求。即在一座10×104m3/d、准Ⅲ类出水标准的市政污水厂用地范围内再增加一座2.5×104m3/d、同等出水标准的工业废水深度处理厂，总占地面积仅5.90hm2，用地十分紧张。因此，二级处理工艺采用“生物反应池+MBR”，一方面节省占地，另一方面提高工业废水处理的活性污泥浓度。

综上，废水深度处理采用“调节池/事故池+一级、二级混凝沉淀池+水解酸化池+AO生物反应池MBR池+树脂交换车间+臭氧催化氧化池+活性炭滤池+紫外消毒池”工艺。废水深度处理流程如图3所示。

3.3 平面布置

该项目地面层总平面布置见图4。综合楼、加药间、配电间等布置在左下角，并通过外部流线造型构建去工业化的生态绿色建筑综合体，与公园有机融合。北侧L型用地布置地下箱体，内设生活污水及污泥、工业废水及污泥处理系统和配套除臭、通风、照明等系统，箱体上部设计为湿地公园。地下箱体总面积3.87hm2，工业废水处理系统（含污泥）面积1.67hm2，生活污水处理系统（含污泥）面积1.89hm2，地下通道面积0.31hm2。地下箱体内部构筑物平面布置如图5所示。

3.4 主要构筑物设计

①调节池/事故池：利用箱体的不规则用地L形布置，对工业废水进行水质、水量调节。调节池及事故池停留时间均为4h，为防止沉淀，底部设曝气搅拌系统。

②一级混凝沉淀池：通过投加PAC、PAM药剂去除氟离子，通过Na2CO3投加系统去除钙硬度及铜离子，采用NaOH投加系统调节pH，配套搅拌器，1座2组。一级混凝沉淀池分为混合区、絮凝区和沉淀区，其中混合区反应时间13.82min，絮凝区反应时间18.44min，单组沉淀区平面尺寸51.9m×8.0m，表面负荷1.25m3（/m2·h）。

③二级混凝沉淀池：通过投加PAC、PAM药剂去除氟离子，通过HCl投加系统调节pH，备用专用除氟剂投加系统高效去除氟离子，配套搅拌器，1座2组。二级混凝沉淀池分为混合区、絮凝区和沉淀区，参数与一级混凝沉淀池一致。

④水解酸化池（含水解酸化区和沉淀区）：将高分子难降解有机物分解为小分子易降解有机物，提高废水可生化性，便于生物处理，配套12台潜水推流器，单台功率4.0kW。水解酸化区呈环状跑道式流态，1座2组，总平面尺寸47.6m×25.4m，停留时间8.87h。水解酸化池配套设置沉淀区，1座3组，总平面尺寸47.3m×25.4m，表面负荷1.07m3/（m2·h），设置污泥回流系统，回流比100%。

⑤AO生物反应池：AO-MBR工艺流程见图6。

在生物反应池交替营造缺氧、好氧环境，分别实现缺氧反硝化以及好氧硝化、微生物同化，通过生物作用实现COD、TN、NH3-N、TP的去除。进水TP仅1mg/L，相较于市政污水和其他工业废水明显偏低，为强化生物段脱氮，故取消厌氧区，TP通过微生物同化作用和化学除磷去除。生物反应池设置为3级缺氧-好氧，充分发挥多级AO高效脱氮效能，从而避免设置专门的脱氮构筑物（反硝化滤池），节约占地、节省投资并降低运行成本。生物反应池1座2组，平面尺寸61.7m×50.3m，有效水深8.80m，缺氧区停留时间11.02h，好氧区停留时间11.09h，总水力停留时间22.11h。膜池至好氧区混合液回流比200%~500%，好氧区至缺氧区混合液回流比400%。为避免回流污泥中溶解氧对缺氧区的脱氮效果产生影响，MBR池污泥回流至好氧区O1末端，而后再进入缺氧区A2。好氧区O1和O3均回流至缺氧区A1，充分利用进水中碳源完成反硝化过程。同时考虑到经过缺氧区A1和好氧区O1后，进入后续单元的有机物碳源较为有限，分别采用分点进水和外加碳源的措施补充碳源，强化缺氧区A2和A3的脱氮效果。

⑥MBR池：在MBR池内供氧曝气、冲刷，使微生物在好氧状态下进一步降解污染物。MBR池1座，平面尺寸34.1m×15.4m，共设置8条廊道，每条平面尺寸14.6m×3.8m，有效水深3.60m，近期安装5条廊道设备，平均膜通量15L/（m2·h）。配套设置维护性清洗和恢复性清洗系统（一般采用柠檬酸、次氯酸钠等）。

⑦臭氧催化氧化池：通过O3和催化剂的催化氧化作用，进一步去除难降解有机物。臭氧催化氧化池1座6格，总平面尺寸31.0m×14.8m，有效水深6.0m，总停留时间2.0h。池体底部设钛板曝气盘，配套呼吸阀、尾气破坏器等。

⑧活性炭滤池：通过生物作用和活性炭吸附作用，深度去除水中有机物、无机离子等。滤池1座4格，总平面尺寸34.0m×14.8m，有效水深5.85m，总停留时间1.92h。活性炭有效粒径1.35mm，装填量556m3，强度≥90%，活性炭碘吸附值≥950mg/g，亚甲蓝吸附值≥180mg/g，比表面积≥950m2/g。滤池设计滤速3.01m/h，平均滤速2.00m/h，强制滤速4.01m/h。饱和活性炭不在现场再生，交由有资质单位外运妥善处置。

⑨树脂交换车间：通过螯合树脂吸附交换作用深度去除工业废水中氟离子，作为氟化物达标的保障措施。车间土建规模25000m3/d，近期设备规模15000m3/d，近期安装10座树脂吸附罐（8用2备，远期增加4座）。树脂吸附罐直径3400mm，高3500mm，单座处理能力87.5m3/h，罐体材质为碳钢内衬胶。前端设置保安过滤器6套（4用2备，远期增加2套），单套处理能力175m3/h，材质为不锈钢304，过滤精度10μm。除氟树脂工作交换容量2.5~3.0g/L，树脂饱和后通过5%氯化铝溶液再生后重新使用。交换树脂的再生废液配套废液混凝沉淀一体化处理系统，投加NaOH溶液和PAM，促进废液中的AlF3沉淀物絮凝为更大絮体、快速沉淀，从而将氟离子从系统中去除，上清液返回系统前端。

4、设计特点及工程措施

4.1 绿色低碳、智慧管控

工程设计充分考虑节能低碳、智慧运营的需求，采用智能曝气控制系统、精准加药系统、智慧照明、厂区一体化智慧运管系统等一系列智慧措施。

智能曝气控制系统可根据污染物实际负荷变化或工艺控制需要按需供气，从而保障生物反应池的各反应区均高效稳定运行，以达到工艺稳定和节能降耗的目的。与传统手动运行控制相比，单位水量的鼓风机电耗可节省10%以上。

综合楼顶部设置生态雨水花园控制源头径流污染，其示意见图7。

4.2 最高标准、韧性灵活

工业废水深度处理工程的出水标准和臭气排放标准均为深圳市最高标准。集成电路废水污染物成分复杂，废水处理系统必须具有足够的韧性，既要实现最不利进水条件下的稳定达标，又要满足低浓度进水条件下的经济有效。

深度处理系统前端设置调节池和事故池，有效保障后续处理单元稳定运行，极大提升系统韧性。树脂交换吸附的运行成本较高，且进水氟化物浓度可能会低于设计值，因此树脂交换吸附系统设置多种模式。当进水氟化物浓度较高时，含氟废水全量通过树脂交换系统；当进水氟化物浓度较低时，含氟废水经一级、二级化学混凝沉淀处理后氟化物稳定达标，全量超越树脂交换系统；当进水氟化物浓度居中时，废水也可以一定比例通过树脂交换系统，确保混合后的废水中氟化物达标。

4.3 功能融合、“邻利”效应

该工程位于文体公园内部一角，处理构筑物布置在地下箱体内，地面设置综合楼、加药间、配电间等建筑物，地下箱体上方设置景观人工湿地和景观栈桥。

废水深度处理工程采用全地下建设形式，而地面人工湿地公园与文化体育公园无缝衔接、融合，综合楼一楼大厅设置水科普展示区，对外开放，实现废水回用、文体活动、科普教育、景观欣赏等功能的有机融合（见图8），化“邻避”为“邻利”。

5、成本测算及成效

近期工业废水深度处理工程的吨水电费1.33元/m3，自来水费用0.01元/m3，药剂费用5.38元/m3（由于进水有机物浓度较低，且脱氮要求较高，碳源投加费用3.09元/m3），污泥处理处置费用0.64元/m3（结合深圳市类似项目经验，脱水污泥按照一般固体废物处置，处置单价按600元/t计），其他费用0.86元/m3，流动资金利息支出0.08元/m3。工业废水深度处理工程单位处理经营成本10.21元/m3，单位处理可变成本8.29元/m3。

工程投产后，预计近期可削减COD、SS、NH3-N、TN、TP、氟化物及总铜的量分别为492.75、503.70、76.65、301.13、4.38、49.28和2.74t/a，具有较好的环境效益。

6、结论及建议

集成电路废水深度处理采用“调节池/事故池+一级、二级混凝沉淀池+水解酸化池+AO-MBR池+树脂交换车间+臭氧催化氧化池+活性炭滤池+紫外消毒池”工艺，出水水质可以达到地表水准Ⅲ类标准并全部回用于人工湿地。该工艺路线技术可靠、经济合理，具有较好的示范意义。

工艺流程中，前端设置调节池和事故池应对水质、水量波动和应急情况，混凝沉淀阶段设置除硬度、除铜等备用投加系统，树脂交换阶段设置多种运行模式以应对来水氟化物的不确定性，提升了系统的韧性，确保出水水质稳定达标。

目前，工程单位处理可变成本中药剂投加成本，尤其是碳源投加成本占比较高。在后续运行中应结合智慧化手段以及历史运行数据，不断优化运行工况，降低加药量或结合短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等低碳脱氮工艺，进一步降低处理及运行成本。