單晶硅太陽能電池廢水三級混凝沉淀+兩級A/O處理技術

成都某太陽能有限公司使用單晶硅片為原材料，采用PERC生產工藝(鈍化發(fā)射區(qū)背面電池，Passivated Emitter Rear Contact Solar Cells)生產太陽能電池，相比傳統(tǒng)工藝，其轉換效率更高。單晶硅生產過程中將產生大量含有高濃度氟化物、硝酸根、酸堿及有機物的廢水。

1、設計規(guī)模及水質

根據(jù)該公司提供的資料，污水站排入廢水分為5股，其中車間濃堿廢水排放量為80m3/d，稀堿廢水排放量為2200m3/d，濃氟廢水排放量為80m3/d(其中酸刻蝕槽內含硝酸濃氟廢水30m3/d，酸洗槽濃氟廢水50m3/d)，稀氟廢水排放量為1700m3/d，廢氣洗滌塔廢水(含氟及氨)排放量為12m3/d，總計4072m3/d。經(jīng)過綜合分析，將各股廢水根據(jù)污染物種類及濃度進行單獨收集，通過調節(jié)池完全混合，均質、均量進行調節(jié)，保證污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，處理后出水需達到《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484―2013)表1．2中的間接排放標準。具體設計進、出水水質見表1。

2、工藝流程

根據(jù)對車間晶體硅片生產工藝及排水特點進行分析可知，各生產工段投加的HF、HNO3以及NaOH濃度差別大，導致廢水酸堿性差別大，車間生產廢水有機物濃度較高、可生化性差、氟化物以及硝酸根濃度高。針對各股廢水單獨排放且排放時間不同的特點，采用集水池進行單獨收集，之后利用調節(jié)池將各股不同階段排放的不同特性生產廢水進行混合調節(jié)，保證來水水質及水量相對穩(wěn)定，為后續(xù)污水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障;采用三級混凝沉淀措施，去除廢水中的氟化物，同時降低廢水中鈣離子濃度，保證生化系統(tǒng)穩(wěn)定運行;采用兩級A/O工藝，去除廢水中的有機物及硝酸根，保證出水COD及總氮達標排放。具體的工藝流程見圖1。車間排放的各股堿性廢水、濃氟、稀氟及酸刻蝕廢水分別通過集水池進行收集。各收集池廢水通過泵提升至綜合廢水調節(jié)池，在綜合廢水調節(jié)池利用穿孔攪拌系統(tǒng)進行均質均量后，通過泵提升至一級物化處理。在1#反應池內，先投加Ca(OH)2，將廢水的pH值調節(jié)至7～10左右。在來水pH值較低、Ca(OH)2調節(jié)pH值不理想的情況下，通過投加NaOH對污水的pH值進行調節(jié)。繼續(xù)投加Ca(OH)2和CaCl2進行化學沉淀反應，生成CaF2沉淀顆粒物。1#反應池出水自流進入1#混凝池，分別加入PAC、PAM進行絮凝反應，形成大顆粒的礬花沉淀，在1#物化沉淀池進行固液分離，上清液自流入2#反應池進行二級物化處理。二、三級物化處理原則與第一級相同，主要是進一步降低廢水中的氟離子濃度。當二級物化系統(tǒng)出水氟離子達標時，在三級物化系統(tǒng)適量投加Na2CO3，去除污水中的鈣離子，防止影響后續(xù)生化系統(tǒng)的正常運行。3#物化沉淀池出水在中間水池內暫存，池內根據(jù)出水pH值情況投加H2SO4，以確保生化系統(tǒng)進水pH值在適宜范圍內，然后經(jīng)泵提升進入生化處理工段。

生化流程為一級缺氧+一級接觸氧化+二級缺氧+二級接觸氧化。接觸氧化池硝化液和污泥回流至一級缺氧池，利用反硝化細菌脫氮。一級缺氧池出水進入一級生物接觸氧化池，生物接觸氧化池內設置填料。出水進入后續(xù)缺氧/好氧系統(tǒng)。二級接觸氧化出水自流入生化沉淀池進行泥水分離，大部分污泥回流至生化池前端，保證生化系統(tǒng)的污泥濃度，少部分剩余污泥泵送至污泥儲池。在一、二級缺氧池前端配水區(qū)內根據(jù)微生物脫氮需要補充碳源。系統(tǒng)產生的物化污泥和剩余生化污泥，經(jīng)污泥泵抽至污泥儲池進行預濃縮，再由螺桿泵送至板框壓濾機，最終得到含水率≤70%的脫水泥餅，泥餅經(jīng)廠區(qū)污泥堆棚自然風干后定期外運。

廠區(qū)濃氟廢水集水池、稀氟廢水集水池、酸刻蝕槽廢水集水池、綜合廢水調節(jié)池及事故池內的氟化氫等揮發(fā)性氣體，通過引風機抽至除臭噴淋塔內處理后經(jīng)高空排放塔排入大氣。

3、主要工藝單體及設計參數(shù)

3.1 堿性廢水集水池

收集車間堿制絨槽廢液、堿制絨后清洗廢水、堿洗廢液及清洗廢水，廢水呈強堿性。設計尺寸為9．5m×6．5m×4．3m，設計停留時間為1．2h。池頂設置PVDF反吊膜，池內壁采用乙烯基樹脂防腐。

3.2 稀氟廢水集水池

收集車間酸洗后及酸刻蝕后清洗廢水，廢水呈弱酸性。設計尺寸為7．0m×6．5m×4．3m，設計停留時間為1．2h。池頂設置PVDF反吊膜，池內壁采用乙烯基樹脂防腐。

3.3 濃氟廢水集水池

收集車間酸洗后排放的濃氟生產廢水，廢水呈強酸性。設計尺寸為3．5m×6．5m×4．3m，設計停留時間為24h。池頂設置PVDF反吊膜，池內壁采用乙烯基樹脂防腐并襯PP板。

3.4 酸刻蝕廢水集水池

收集車間酸刻蝕槽排放的高濃度硝酸及氫氟酸廢水，廢水呈強酸性。設計尺寸為12．5m×6．5m×4．3m，設計停留時間為6．5d。池頂設置PVDF反吊膜，池內壁采用乙烯基樹脂防腐并襯PP板。

3.5 綜合廢水調節(jié)池

綜合廢水調節(jié)池內設置空氣穿孔攪拌。設計水量為4072m3/d，設計尺寸為27．0m×30．0m×5．5m，設計停留時間為16h。池頂設置PVDF反吊膜，池內壁采用乙烯基樹脂防腐并襯PP板。

3.6 一級混凝沉淀池

一級混凝沉淀池含1#反應池2座、1#混凝池1座、1#絮凝池1座、平流沉淀池1座。通過向1#反應池投加Ca(OH)2、CaCl2，先后經(jīng)過pH值調節(jié)、反應兩步工序，大部分氟離子同鈣離子充分接觸，產生氟化鈣顆粒物，之后投加PAC和PAM進行混凝沉淀反應，有效去除SS、氟化鈣沉淀及部分COD。設計尺寸為48．0m×9．05m×5．0m，其中1#反應池停留時間為30min，1#混凝池停留時間為20min，1#絮凝池停留時間為20min，沉淀池表面負荷為0．9m3/(m2?h)。池內壁采用乙烯基樹脂防腐。

3.7 二級混凝沉淀池

二級混凝沉淀池含2#反應池2座、2#混凝池1座、2#絮凝池1座、平流沉淀池1座。通過向2#反應池投加Ca(OH)2、CaCl2，進一步進行pH值調節(jié)、反應，讓廢水中殘留氟離子同鈣離子充分接觸，產生氟化鈣顆粒物，之后投加PAC和PAM進行混凝沉淀反應，進一步去除SS、氟化鈣沉淀及部分COD。設計尺寸為48．0m×9．05m×4．5m，其中2#反應池停留時間為25min，2#混凝池停留時間為18min，2#絮凝池停留時間為18min，沉淀池表面負荷為0．9m3/(m2?h)。池內壁采用乙烯基樹脂防腐。

3.8 三級混凝沉淀池

三級混凝沉淀池含3#反應池2座、3#混凝池1座、3#絮凝池1座、平流沉淀池1座。當二級沉淀池出水不達標時，通過向3#反應池繼續(xù)投加Ca(OH)2、CaCl2，確保出水氟離子達標;當氟離子達標時，根據(jù)水中鈣離子濃度，適量投加Na2CO3，去除污水中過量鈣離子，防止影響后續(xù)生化系統(tǒng)正常運行。設計尺寸為38．5m×8．15m×4．5m，其中3#反應池停留時間為20min，3#混凝池停留時間為12min，3#絮凝池停留時間為12min，沉淀池表面負荷為1．1m3/(m2?h)。池內壁采用乙烯基樹脂防腐。三級混凝沉淀池主要用于前兩級檢修超越及補充Na2CO3，去除污水中過量鈣離子。

每一級混凝沉淀池之間可根據(jù)檢修需要進行靈活超越，保證污水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.9 一級A/O池

一級A/O池分為2組，兩組并聯(lián)運行，每組含1座缺氧池及1座生物接觸氧化池，串聯(lián)運行。一級缺氧池內設置缺氧攪拌機，生物接觸氧化池內部設置填料。一級A/O池總停留時間為71h，污泥濃度為3500mg/L，填料容積負荷為1．5kgBOD5/(m3填料?d)，混合液回流比為200%，污泥回流比為100%，氣水比為30∶1。缺氧池前端配水區(qū)設置乙酸鈉投加點，用于補充反硝化所需的碳源。

3.10 二級A/O池

二級A/O池分為2組，兩組并聯(lián)運行，每組含1座缺氧池及1座生物接觸氧化池，串聯(lián)運行。二級A/O池總停留時間為17h，污泥濃度為3500mg/L，填料容積負荷為1．0kgBOD5/(m3填料?d)，混合液回流比為200%，污泥回流比為100%，氣水比為8∶1。二級缺氧池前端配水區(qū)設置乙酸鈉投加點，用于補充反硝化所需的碳源。

4、運行情況

該工程自2016年8月投入調試運行，調試初期實際進水水量為2200m3/d左右。經(jīng)過1個月調試，污水站出水氟離子指標能夠穩(wěn)定達標，但出水COD和TN不能穩(wěn)定達標。具體數(shù)據(jù)見表2。

經(jīng)現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，為保證物化系統(tǒng)出水氟離子達標，在混凝沉淀池中投加了過量的Ca(OH)2以及CaCl2，同時為節(jié)約藥劑，在三級混凝反應池中未投加Na2CO3，導致后續(xù)生化系統(tǒng)中的活性污泥鈣化嚴重，同時鹽分濃度較高，影響了生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，出水無法達到設計要求，針對這種問題及時進行了小試，調整藥劑投加方案，經(jīng)過重新調試后，污水處理系統(tǒng)出水能夠穩(wěn)定達標(見表3)。在物化階段將前兩級混凝沉淀pH值控制在7～10范圍內，合理組合投加Ca(OH)2以及CaCl2，在保證出水F－達標前提下，減少鈣離子的投加量，在第三級投加Na2CO3，沉淀過量的Ca2+，為后續(xù)生化系統(tǒng)提供了良好的微生物生長條件。在一、二級缺氧池，通過合理投加乙酸鈉，補充碳源，利用反硝化細菌在池內進行反硝化降解硝酸鹽氮，之后通過生物接觸氧化池對COD進行降解，保證出水TN和COD達標排放。

運行費用分析見表4。

5、結論

采用綜合調節(jié)+三級混凝沉淀+兩級A/O組合工藝處理單晶硅太陽能生產廢水，出水水質可穩(wěn)定達到《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484―2013)表1．2中的間接排放標準。

單晶硅廢水在生產過程中水質波動非常大，特別是在酸刻蝕槽中，HF濃度為10%，HNO3濃度為30%，對污水站的進水水質造成較大影響，在設計過程中必須進行單獨收集，然后通過增大調節(jié)池容積均勻混合，保證后續(xù)物化、生化加藥及微生物系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。以上廢水單獨收集、混合調節(jié)的方法相對于現(xiàn)階段流行的“分類收集、分質處理”技術，極大地降低了污水處理系統(tǒng)操作強度，同時降低了單獨處理時酸堿中和費用，對廢酸、堿進行了二次利用。

單晶硅廢水物化混凝處理過程中，三級混凝沉淀的進、出水須測定鈣離子含量，控制碳酸鈉投藥量，確保生化系統(tǒng)的鈣離子濃度在200mg/L以下，鹽分控制在6000mg/L以下，既保證了生化系統(tǒng)微生物的正常生長，也避免了生物膜及曝氣系統(tǒng)鈣化情況的發(fā)生。（來源：博天環(huán)境集團股份有限公司）