太阳能电池生产废水处理工程设计.pdf

太阳能电池生产废水处理工程设计 万田英1解建平2 1. 华中农业大学资源与环境学院， 武汉 430070;2. 宜兴市泽江环境工程科技有限公司， 江苏 宜兴 214000 摘要 太阳能电池作为一种清洁能源， 应用越来越广泛， 然而其生产废水中因含有大量 F － 及酸碱物质， 腐蚀性强， 治理 困难。采用石灰乳 CaCl2 PAC 混凝沉淀工艺处理太阳能电池生产废水。工程设计规模为浓含氟废水 7 m3/d、 稀含 氟废水 200 m3/d、 酸碱性废水 200 m3/d、 含 IPA 废水 1 m3/d， 经过 3 个多月的调试运行， 出水中ρ COD ≤500 mg/L， ρ BOD5 ≤300 mg/L， ρ SS ≤400 mg/L， pH 保持在 6 ～ 9， ρ F－ ≤20 mg/L， 达到 GB 89781996污水综合排放标 准 三级标准。废水处理工艺紧凑， 处理效果好、 运行稳定、 具有推广价值。 关键词 太阳能电池; 污水处理工艺; 含氟污水 DESIGN OF SOLAR BATTERY WASTEWATER TREATMENT Wan Tianying1Xie Jianping2 1. College of Resources and Environment，HZAU，Wuhan 430070，China; 2. Yixing Zejiang Environment Engineering Technology Co． ， Ltd，Yixing 214000，China AbstractAs a type of clean energy，the application of solar battery is becoming more and more popular，but the wastewater is difficult to treat because of large quantities of fluoride ion，acid and alkaline matter． The process of coagulating sediment by lime milk CaCl2 PAC is adopted to treat solar battery wastewater and the design，perance of this facility is presented． The wastewater include 7 m3/d thick fluorine wastewater，200 m3/d thin fluorine wastewater，200 m3/d acid and alkaline wastewater，1 m3/d IPA wastewater． After the commissioning operation of more than three months， the effluent COD，BOD5， SS，and F － are less than or equal to 500 mg/L， 300 mg/L，400 mg/L and 20 mg/L respectively， pH is 6 ～ 9，meeting the third-order of “Integrated Wastewater Discharge Standard” GB 89781996 ． This process has many advantages such as compact treatment process，effective for pollutant removal，and reliable operation． It has a certain popularization value． Keywordssolar battery; wastewater treatment process; fluorine wastewater 近年来， 由于煤炭、 石油等不可再生资源日益减 少， 国内太阳能电池行业得到较快速的发展。太阳能 电池生产的出现和兴起， 不仅带来了经济利益， 同时 也带来了新的环境问题。在硅太阳能电池生产过程 中， 太阳能电池的生产是以硅片为基材， 工艺包括表 面处理、 扩散、 硅沉积、 电极印刷、 焊接等， 其污水主要 来自于表面腐蚀、 制绒、 去磷硅玻璃 PSG 及去边缘 P-N 结等生产环节， 污水成分复杂， 主要包括含氟、 酸 碱、 有机污染物［1 － 2］。 1废水来源及性质 无锡某太阳能有限公司年产 100 MW 太阳能电 池组件， 其生产废水主要包括 4 种类型 1 浓含氟废 水， 水量 7 m3/d， 含氟浓度较高;2 稀含氟废水， 水量 200 m3/d， 含氟浓度较低， 为废水处理系统主要处理 目标;3 酸碱性废水， 水量 200 m3/d;4 含 IPA 异 丙醇 废水， 水量 1 m3/d， COD 浓度高， 收集后与浓含 氟废水混合一并处理。本项目废水经处理达标后， 排 入工业区污水处理厂集中处理。 处理出水执行 GB 89781996污水综合排放标 准 三级标准［3］， 并达到无锡市政污水管网的排水要 求。具体进水水质及排放标准见表 1。 表 1废水水质及排放标准mg/L pH 除外 废水来源ρ CODρ BOD5ρ SSpH ρ F － 浓含氟废水0 ～ 210 000 稀含氟废水3002003 ～ 7100 酸碱废水3002005 ～ 11≤20 出水水质≤500≤300≤4006 ～ 9≤20 注 被测水样系含 IPA 废水混入浓含氟废水。 11 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 2废水处理工艺流程 针对浓含氟废水 含 IPA 废 水含 氟 浓 度 高、 COD 浓度高、 水量小、 间断排放等特点， 对其进行预 处理， 设置浓氟废水序式反应池， 收集高浓度含氟废 水和 IPA 废水。投加石灰乳调节 pH 至中性， 在空气 搅拌作用下废水中 F － 和 Ca2 反应形成 CaF2沉淀， 每日处理 1 次。沉淀污泥经泵输送至污泥浓缩池集 中处理， 上清液进入稀氟废水调节池， 与稀含氟废水 一并处理。 稀含氟废水采用连续处理方式， 经调节池调节水 质水量后， 提升至中和除氟池与石灰乳进行中和、 除 氟处理， 出水进入二次除氟池与投加的 CaCl2进一步 反应， 之后进入混凝反应池采用 PAC 混凝剂混合絮 凝， 使废水中的污染物生成絮凝体， 并在中间沉淀池 中泥水分离， 沉淀污泥经排泥泵输送至污泥浓缩池， 上清液进入酸碱中和池， 与酸碱废水一并处理。 处理后的稀含氟废水与酸碱废水混合进入酸碱 中和池， 在 pH 在线检测仪指导下， 投加酸、 碱进行中 和处理， 出水合格后由清水池排放。 浓缩后污泥经污泥泵输送至板框压滤机压滤处 理， 压滤出的干污泥落入污泥斗， 并定期外运。 废水处理工艺流程如图 1 所示。 图 1废水处理工艺流程 3主要处理构筑物和设备 3. 1主要构筑物尺寸 主要构筑物尺寸见表 2。 表 2主要构筑物尺寸 名称 有效容积 / m3 数量 / 座 备注说明 浓氟废水反应池201 稀氟废水调节池501底 － 1. 70 m， 顶 0. 10 m 酸碱废水调节池501 中和除氟池251 二次除氟池201 混凝反应池201底 － 0. 50 m， 顶 4. 00 m 中间沉淀池601 酸碱中和池401 清水池701底 － 1. 70 m， 顶 2. 50 m 注 所有构筑物均为钢筋混凝土防腐材质。 3. 2主要工艺设备 主要工艺设备见表 3。 表 3主要工艺设备 名称规格数量 浓氟反应池泥液泵10 t/h， 10 m， 1. 1 kW2 台， 1 用 1 备 稀氟调节池提升泵15 t/h， 15 m， 1. 5 kW2 台， 1 用 1 备 排泥泵5 t/h， 15 m， 1. 1 kW2 台， 1 用 1 备 污泥输送泵5 t/h， 60 m， 2. 2 kW2 台， 1 用 1 备 板框压滤机25 m2， 1. 5 kW1 套 风机5. 3 m3/min， 7. 5 kW2 台， 1 用 1 备 加 HCl 计量泵1 ～ 60 L/h， 1. 0 MPa2 套， 1 用 1 备 加 NaOH 计量泵1 ～ 60 L/h， 1. 0 MPa1 套 PAC 溶解装置1. 5 m3， 0. 55 kW， 设液位计2 套 加 PAC 计量泵1 ～ 60 L/h， 1. 0 MPa1 套 石灰乳溶解装置1. 5 m3， 1. 1 kW， 设液位计2 套 加石灰乳螺杆泵1 t/h， 60 m， 1. 1 kW2 台， 1 用 1 备 21 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期 4运行效果 整个工程调试分 3 个阶段， 即单体调试阶段、 联 动调试阶段和工艺调试阶段。单体调试包括空载调 试与荷载调试两个步骤， 设备空载调试正常后， 水进 入生产构筑物， 进行荷载调试， 荷载调试以每台设备 能连续运转 4 h 为准， 主要调试环节包括所有水泵、 排泥泵、 计量泵、 压滤机、 搅拌机和加药系统; 各单机 试运行正常稳定后进入联动调试阶段， 联动调试分两 部分， 先进行构筑物内有联动关联的设备区域调试， 通过后再进行全厂设备的联动调试， 本阶段工作采用 河水进行; 最后进入工艺调试阶段， 引入太阳能电池 生产废水， 处理系统各构筑物和设备投入运行， 运行 同时监测浓氟废水反应池、 中间沉淀池、 清水池等各 采样点废水指标。 整个调试历时 3 个多月， 监测结果表明出水水质 基本稳定， 各项污染物指标均达到排放标准， 具体各 工段出水水质情况见表 4。 表 4工艺处理效果mg/L pH 除外 项目 浓氟废水反 应池出水 中间沉淀 池出水 清水池 出水 排放标准 ρ COD 270250≤500 ρ SS 150140≤400 pH6. 76. 576 ～ 9 ρ F － 2001515≤20 清水池出水水质 ρ COD＜ 500 mg/L， ρ BOD5 ＜ 300 mg/L， ρ SS＜ 400 mg/L， pH 为 6 ～ 9， ρ F － ＜ 20 mg/L， 达 GB 89781996 三级标准。 5工程投资及效益分析 5. 1工程投资 工程总投资估算为 200 万元， 包括设备投资 含 安装 100 万元 其中仪表投资 10 万元、 自动化控制 系统投资 10 万元 ， 土建投资 60 万元， 其他费用 40 万元。 5. 2运行费用 运行成 本 主 要 包 括 电 费、 人 工 费 以 及 药 剂 费 NaOH、CaCl2、HCl 和 PAC 等，其 中 电 费 0. 72 元 /m3， 药剂费 0. 5 元 /m3， 人工费 0. 05 元 /m3， 折合 单位污水处理成本为 1. 27 元 /m3。 6结论 1 太阳能电池生产废水的治理重点在于去除 F － ， 根据废水水质特征， 将浓含氟废水进行预沉淀处 理后， 出水混入稀含氟废水进行中和沉淀、 混凝处理 以进一步去除 F － ， 最后此部分废水与酸碱废水混合 经 HCl、 NaOH 中 和 处 理 后 排 放， 出 水 水 质 指 标 达 GB 89781996三级标准。废水处理工艺紧凑， 运行 效果好、 运行稳定、 具有推广价值。 2 工艺采用石灰乳和 CaCl2与 F － 反应生成氟化 钙沉淀从而去除 F － 。F － 与 Ca2 的最佳反应 pH 为 8. 5， 将含氟污水的 pH 值先调整到 8. 5 左右， 再投加 CaCl2处理， 可以节约药剂的用量［4］。 3 浓氟废水处理系统采用专利技术， 以气体混 合装置代替机械搅拌混合装置， 使得废水中氟离子与 药剂反应更快捷， 处理效果更明显; 直接干料投加， 省 去溶解、 输送环节; 且直接将混合液输送至压滤系统 进行压滤处理， 节能降耗。 4 鉴于含氟污水对钢筋混凝土构筑物和钢制设 备的强腐蚀性， 对废水处理系统内主要构筑物需进行 有效的耐氟防腐处理; 与含氟废水接触的设备尽可能 采用非金属材质， 当必须采用金属部件或配件时， 接 触面进行耐氟玻璃钢三布五涂防腐， 以保证设备、 配 件持久运行。 参考文献 ［1］熊宇， 王伯铎， 蒋立荣． 晶体硅太阳能电池生产的生产污水处理 工艺［J］． 地下水， 2010， 32 2 58- 60． ［2］唐玉萍． 太阳能电池生产项目污染产生与处理措施［J］． 广东 化工， 2010， 37 10 102- 104． ［3］GB 89781996 污水综合排放标准［S］． ［4］邹东雷， 杨忠平． 含氟废水处理工艺改造［J］． 环境工程， 2008， 26 4 81- 82． 作者通信处万田英430070武汉华中农业大学资源与环境学院 E- mailwantianying mail． hzau． edu． cn 2011 － 06 － 24 收稿 31 环境工程 2012 年 2 月第 30 卷第 1 期