晶硅切割废砂浆回收企业废水处理工程实例.pdf

晶硅切割废砂浆回收企业废水处理工程实例 陈天明 1， 2 张雁秋 1 霍明健 3 1. 中国矿业大学环境与测绘学院， 江苏 徐州 221116;2. 盐城工学院环境科学与工程学院， 江苏 盐城 224051; 3. 中煤科工集团南京设计研究院， 南京 210031 摘要 晶硅切割砂浆中含有聚乙二醇 PEG 和碳化硅， 可回收资源。回收过程中产生的废水中仍然含有 PEG 和碳化 硅， 以致废水中悬浮物浓度较高、 可生化性差。工程设计采用“预沉淀 混凝沉淀 气浮 催化氧化 A/O 生化” 处 理工艺， 经过 5 个月的调试运行， 出水 COD、 SS 可达 GB 89781996 污水综合排放标准 三级标准。 关键词 晶硅切割砂浆;聚乙二醇;污水处理工艺 DOI 10. 7617 /j. issn. 1000 － 8942. 2013. 03. 004 DESIGN AND DISPOSAL OF WASTE WATER FROM RECOVERING PLANT OF WASTE MORTAR BY CUTTING CRYSTAL SILICON Chen Tianming1， 2Zhang Yanqiu1Huo Mingjian3 1. School of Environment Science and Spatial Inatics of CUMT，Xuzhou 221116，China; 2. College of Environmental Science and Engineering， Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224051，China; 3. Nanjing Design ＆ Research Institute，China Coal Technology ＆ Engineering Group，Nanjing 210031，China AbstractIt is necessary and significant for saving resources by recovering polyethylene glycol from waste mortar by cutting crystal silicon． The wastewater of recovery process contains amount of PEG and silicon carbide，which leads to high concentration of SS and low biodegradability． The process of pre-sedimentation-coagulation-aerated flotation-catalytic oxidation- biotreatment was adopted to treat the wastewater，and the design，and perance of this facility were presented． After the commissioning operation of more than five months，the concentration of COD，SS in the effluent could meet the requirements of the third-order in“Integrated Wastewater Discharge Standard” GB 89781996 ． Keywordswaste mortar by cutting crystal silicon;polyethylene glycol;sewage treatment process 0引言 光伏产业是目前全球最重要的一类新能源产业。 在过去的几年里， 光伏发电已经逐渐被世界各国作为重 要的可再生能源加以大力扶持， 行业增速已经在近几年 得以明显体现。硅片是晶硅光伏产业发展的重要基础。 中国的硅片产能占全球 50 以上。线切割是目前国际 上硅片生产的通行方式， 其工作原理是在以碳化硅颗粒 作为磨料、 聚乙二醇作为分散剂、 水作为溶剂组成的水 性切割砂浆中， 用金属丝带动碳化硅颗粒对硅棒进行研 磨切割。线切割伴生废砂浆成分主要包括 聚乙二醇、 碳化硅、 硅粉、 水分、 铁屑等。国内硅片生产环节在 2011 年所产生的切割废砂浆总量约为 220 万 ～300 万 t［1 ］。 废砂浆回收方式主要通过以重力分离、 水洗等为 主的物理法和以碱洗、 酸洗、 脱色离心、 精滤分离、 离子 交换、 减压脱水等化学法对其中的碳化硅和切割液进 行回收。无论哪种方法， 都有大量的废水产生， 主要污 染物为碳化硅颗粒和聚乙二醇。废水的产生量和污染 物浓度根据投资和管理水平的不同会有所差异 ［1- 2］。 1废水来源及性质 江苏某项目建成后将形成年回收 16 万 t 太阳能 硅片线切割废浆料的生产能力， 其产生的废水包括 2 种类型 1生 产 工 艺 产 生 的 洗 砂 废 水， 水 量 较 大 2 000 m3/d 、 COD 较高， 主要污染物为聚乙二醇和 悬浮物; 2 厂区产生的初期雨水、 生活污水、 冲洗废 水等， 水量较小 40 m3/d 、 污染程度低。 生产废水经预处理后， 同其他废水一起进入生化 池处理， 出水达 GB 89781996污水综合排放标准 三级标准后排入项目所在工业园区污水处理厂处理。 51 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 具体水量水质及排放标准见表 1。 表 1废水水质和出水标准 项目 处理水量 / m3d － 1 pH ρ COD / mg L － 1 ρ BOD5 / mg L － 1 ρ SS / mg L － 1 洗砂废水2 0006 ～ 812 0001 500 其他废水40500200200 排放指标2 0406 ～ 9500 20 70 2废水处理工艺流程及特点 2. 1工艺流程 根据废水水质和排放要求， 结合实验室小试结果 和同类企业实践经验， 确定采用污水预处理 生化二 级处理工艺， 并增加物化后处理措施， 可保证本工程的 污水达标排放。根据本项目的进出水水质特点， 确定 采用高效活性污泥法生化处理为主、 辅以混凝气浮等 物化处理的污水治理工艺。工艺流程如图 1 所示。 图 1废水处理工艺流程 洗砂废水水量较大， 含有大量的聚乙二醇和悬浮 物质， 该废水经车间污水管道收集后进入收集池， 由 泵一级提升预沉池进行沉淀， 分离和回收其中的物 质; 出水再进入混凝沉淀池， 在池中通过加药装置经 管道混合器加入 PAC 与废水混合， PAM 经加药装置 进入三级机械混凝池与废水充分混合后， 经斜板沉淀 池进行泥水分离; 斜板沉淀池出水通过管道混合器与 二氧化氯进行充分混合， 进入催化氧化池， 降解其中 的有机物质聚乙二醇; 为保证废水中的细小颗粒和有 机悬浮物质进一步去除， 经催化氧化后的废水进入气 浮池进一步处理; 处理后的出水进入调节池。 厂区其他废水水量较小， 经收集后直接进入调节 池， 与预处理后的洗砂废水混合， 调节水质和水量， 再 进入生化处理工序。 混合废水进入厌氧水解生化 好氧接触氧化池 进行生化处理， 利用活性污泥中微生物的作用， 降解 其中的有机物质， 降低废水的 COD。生化后的污水 进入二沉池进行泥水分离。 二沉池出水若达标， 可直接进入排放水池。若不 达标， 则经中间水池调节后， 进入二级混凝沉淀池强 化处理， 进一步降低废水中的悬浮物质， 混凝沉淀池 出水进入排放水池达标排放至园区管网。 二沉池的污泥经二沉排泥池暂存后进入污泥浓缩 池浓缩， 浓缩后污泥进入污泥浓缩排泥池， 经暂存后进 入污泥脱水间脱水， 脱水后的泥饼外运处理。污泥浓 缩池、 污泥脱水产生的清液返回集水池进行处理。 2. 2工艺特点 本处理工艺技术可靠、 工艺成熟、 操作管理方便 且运行成本较低。 工艺特点 1 采用“预沉 混凝沉淀” 工艺处理洗 砂废水。 洗砂废水中含有大量的杂质， 主要为砂粒和聚乙 二醇， 该废水中的杂质密度较大， 极易沉淀。因此洗 砂废水经收集后， 需要进行泥水分离， 去除废水中的 杂质。但是， 在加入混凝剂 PAC 和 PAM 后， 产生的 污泥中含有一定量的混凝剂， 不能满足回收要求。因 此， 采用“预沉 混凝沉淀” 工艺后， 在预沉池中， 砂 粒等杂质利用自身重力沉降， 沉降后的污泥主要为砂 粒和聚乙二醇， 是企业生产工艺的主要原料， 因此需 要收集后返回车间进入生产工序; 混凝沉淀池产生的 污泥进入污泥浓缩池进行处置， 企业内部不回收。 工艺特点 2 多点进水的“厌氧水解 好氧接触 氧化” 的生化处理工艺。 废水中难降解有机物主要为聚乙二醇 PEG ， PEG 属于聚醚类高分子化合物， 具有水溶性强、 不易 热解等特点。但 PEG 在一定程度上可被专一性好氧 菌和厌氧菌降解。杨翠娴等利用间歇式水解 － 好氧 循环工艺处理聚乙二醇废水， 对 PEG 的去除率达 71 。根据同类企业的处理经验， 设计厌氧、 好氧的 水力停留时间分别为 24， 48 h。进水按照 4∶ 1的比例 61 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 分别进入厌氧池和好氧池。 在厌氧水解工艺中， PEG 被解聚成为小分子的 乙二醇 EG ， 同时产生乙醛、 乙醇和乙酸等中间产 物。这些中间产物进入好氧池中， 减轻大分子物质给 好氧生物降解带来的负荷; 好氧接触反应池采用低负 荷的延时生物膜法， 直接进入好氧池的少量 PEG 给 微生物补充碳源， 水解工序废水带来微生物且来自水 解工序产生的小分子物质可促进好氧微生物对 PEG 的降解， 从而提高好氧降解过程的效率 ［3］。 工艺特点 3 二级混凝沉淀强化把关措施。 经二沉池处理后的清液经检测后若达到标准， 直 接通过超越管道进入排放水池; 若不能达标排放， 则 进入二级混凝沉淀池进行强化后达标排放。 3主要处理构筑物和设备 主要构筑物及设备见表 2、 表 3。 表 2污水处理站主要构筑物 名称尺寸 有效容 积 /m3 底部标 高 /m 数量 / 座 集水池7. 5 m 4. 5 m 5 m160－ 5. 01 预沉池21 m 12 m 4 m8801. 01 混凝沉淀池18. 9 m 11. 7 m 8. 1 m1 7000. 61 催化氧化池7. 5 m 9 m 7. 3 m470－ 1. 01 气浮池5. 4 m 15 m 2 m14501 调节池21 m 12 m 4 m880－ 3. 02 A /O 生化反应池38 m 30 m 5. 6 m 6 000－ 2. 31 二沉池D 10 m， h 4. 8 m390－ 4. 71 中水池4 m 4 m 4. 9 m72－ 5. 01 二级混凝沉淀池9. 3 m 5 m 5. 4 m230－ 2. 01 排放水池15 m 24 m 3. 5 m1 080－ 1. 52 污泥浓缩池D 10 m， h 4. 8 m390－ 4. 71 4运行调试 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， 运行同时监测各 采样点废水指标。 整个运行调试历时 5 个月后， 经监测出水水质基 本稳定， 各项污染物指标稳定达到排放标准， 2011 年 9 月份的运行数据见表 4。 表 3污水处理站主要机电设备 名称规格型号单位 数量所处单元 潜污泵5QW125- 10- 7. 5， 100 m3/h， 台2集水池 10 m， 7. 5 kW 加药设备JY- 0. 2 /0. 72- 1， 含计量泵台2混凝沉淀池 搅拌机LFJ- 300， 0. 37 kW台2混凝沉淀池 臭氧发生器CF- 5， 臭氧产生量 5 kg/h台1催化氧化池 反应搅拌设备 SJBⅠ， 0. 75 kW台2气浮池 气浮装置YJF-S- 100， 100 m3/h台1气浮池 潜污泵5QW125- 10- 7. 5， 100 m3/h， 台2调节池 10 m， 7. 5 kW 潜水搅拌器DQT055， 5. 5kW台4厌氧池 曝气装置 15-BER2 m21 200 好氧池 刮泥机ZXG- 10， 0. 75 kW台1二沉池 污泥回流泵100 m3/h， 10 m， 7. 5 kW台2中间水池 刮泥机ZXG- 10， 0. 75 kW台1污泥浓缩池 污泥泵WQ30- 15- 2. 5台2污泥浓缩池 排渣泵WQ30- 15- 2. 5台4污泥浓缩池 潜污泵5QW125- 10- 7. 5， 100 m3/h， 台2排放水池 10 m， 7. 5 kW 鼓风机LZSR125A， 75 m3/min，台3鼓风机房 0. 1 ～ 1 kg/cm2， 90 kW 带式压滤机DY- 2000台1压滤机房 表 4调试阶段工艺处理效果表 mg/L 指标 进水物化处理后出水生化处理后出水 范围平均范围平均范围平均 ρ COD6 582 ～ 11 562 9 564 1 251 ～ 1 657 1 352315 ～ 387358 ρ SS865 ～ 1 432 1 25484 ～ 15113235 ～ 5243 5结论 1系统自动化程度较高、 运行稳定性好， 具有很 强的抗冲击负荷能力， 采用预沉法回收其中的物料， 降低了运行成本， 取得了较好的经济效益。 2针对废水中有机物的组成特点， 采用高效工 程菌， 结合多点进水的方式生物降解有机物。 3根据调试稳定运行的结果来看， 该污水处理 站处理后的出水可稳定达标排放。 参考文献 ［1］徐蓓， 陈峰． 晶硅切割废砂浆回收利用技术综述及环境管理要 求［J］． 污染防治技术，2012，25 2 40- 44. ［2］万田英， 解建平． 太阳能电池生产废水处理工程设计［J］． 环境 工程，2012，30 1 11- 13. ［3］杨翠娴， 李清彪， 廖鑫凯， 等． 间歇式水解 － 好氧循环工艺处理 聚乙二醇废水［J］． 化工学报，2006，57 11 2731- 2734. 作者通信处陈天明224051江苏省盐城工学院环境科学与工程学院 电话 0515 88298813 E- mailycchentm 163． com 2012 － 08 － 30 收稿 71 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期