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全膜法處理光伏單晶硅片廢水回用技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2024-6-23 8:35:18  中國(guó)污水處理工程網(wǎng)

為應(yīng)對(duì)能源緊缺、全球氣候變暖等挑戰(zhàn),太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種可再生能源來(lái)替代化石能源已是大勢(shì)所趨。我國(guó)的光伏行業(yè)近年來(lái)也進(jìn)入快速發(fā)展期,光伏廢水處理日益受到關(guān)注。硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)是光伏產(chǎn)業(yè)的主要廢水產(chǎn)生來(lái)源之一。硅片生產(chǎn)廢水主要包含高濃度有機(jī)物(主要來(lái)源為切割冷卻液、脫膠劑和清洗劑)和懸浮物(主要為硅粉)。切割液有機(jī)物濃度高,且含有大量的硅粉,生化性很差;脫膠廢水有機(jī)物濃度和硅粉含量都很高,但生化較好;清洗廢水中有機(jī)物和硅粉都不高,但含有表面活性劑和雙氧水,具有抑菌性和生化毒性。一般采用混凝沉淀、氣浮預(yù)處理去除硅粉,并采用鐵炭微電解和水解酸化等手段改善和提高生化性后進(jìn)行好氧處理,基本可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),但仍然存在填料板結(jié),或生化池硅粉沉積、占地面積大、處理后廢水不能回用等問(wèn)題。

某硅材料有限公司擬擴(kuò)建年產(chǎn)1.15GW單晶硅片生產(chǎn)線,采用線徑更細(xì)的金剛線工藝而不是傳統(tǒng)的砂線切割工藝,導(dǎo)致廢水中含有大量難以沉降的超細(xì)硅粉,且由于生產(chǎn)工藝對(duì)切割冷卻液的要求,采用專利了的切割冷卻液配方,不再使用單一的聚乙二醇(PEG),生化性更差,F(xiàn)有污水處理站處理能力滿足不了新的水量、水質(zhì)要求,擬新建污水處理站,替代現(xiàn)有污水處理站。

1、廢水來(lái)源

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)廢水進(jìn)水包含經(jīng)過(guò)板框壓濾的切割液廢水、脫膠廢水、清洗廢水、插片廢水、其他污水和生活污水。其中,插片廢水和清洗水的溢流廢水COD較低,可直接達(dá)標(biāo)排放,主要超標(biāo)污染物為硅粉引起懸浮物。根據(jù)水質(zhì)特性,分為有機(jī)廢水和含硅廢水,處理規(guī)模分別為2400m3/d1400m3/d,各股廢水設(shè)計(jì)水量和進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1

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尾水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB61/224-2011)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)滿足總量控制標(biāo)準(zhǔn)。具體指標(biāo)值見(jiàn)表2。

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為了滿足工藝清潔生產(chǎn)的要求,該工程還需對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行處理并作為純水的原水補(bǔ)水進(jìn)行回用。中水回用量要求為1200m3/d,要求系統(tǒng)整體回收率為50%,TDS500mg/L。

2、工藝設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路分析

2.1.1 分道分級(jí)處理

含硅廢水水量較大,硅粉含量較高而有機(jī)污染物較少,可簡(jiǎn)單處理后即可滿足排放要求。如果進(jìn)行生化處理,則增大生化處理單元的規(guī)模,工程造價(jià)上升,并且因?yàn)楣璺酆枯^多,會(huì)加速膜系統(tǒng)的堵塞。因此含硅廢水不與有機(jī)廢水混合處理,其單獨(dú)處理后在于處理后的有機(jī)廢水混合排放。

為滿足業(yè)主對(duì)中水回用量及回收率的要求,有機(jī)廢水生化處理后不能直接排放,而需要全部進(jìn)入中水系統(tǒng),然后以RO濃水的形式來(lái)排放?紤]RO系統(tǒng)的濃縮效應(yīng)、含硅廢水的混合排放效應(yīng)的影響,生化出水需要進(jìn)一步降低。經(jīng)測(cè)算,需要控制生化出水COD控制在≤50mg/L,則RO濃水COD可控制≤100mg/L,總排口(與含硅廢水混合)COD一期時(shí)可控制在<200mg/L,二期時(shí)可控制在<150mg/L,滿足排放要求,并可保證中水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1.2 項(xiàng)目分期設(shè)計(jì)

考慮項(xiàng)目建設(shè)初期水量較少,本工程采取設(shè)計(jì)、土建一次建設(shè)完成,設(shè)備分兩期建設(shè)完成。對(duì)有機(jī)廢水及中水回用均設(shè)計(jì)成兩個(gè)系列,每個(gè)系列的處理能力均為1200m3/d,可降低小水量運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力及藥劑費(fèi)用。

2.1.3 工程流程確定

根據(jù)上述廢水分質(zhì)分道分級(jí)處理的分析,對(duì)硅粉廢水采用混凝氣浮沉淀一體池進(jìn)行處理。對(duì)有機(jī)廢水,由于廢水的主要有機(jī)物來(lái)源為切割液、乳酸和表面活性劑,其中切割液和表面活性劑的生化性差,且具有殺菌性。采用普通生化,所需停留時(shí)間較長(zhǎng),且難以達(dá)到回用要求,而項(xiàng)目用地非常緊張,必須采用高效的處理工藝通過(guò)前期中試確定,MBR該廢水處理效果較好,能滿足回用的要求。利用膜的高效分離能力,使生化反應(yīng)池內(nèi)維持高濃度的微生物量,大幅提高處理負(fù)荷,減少構(gòu)筑物的容積,故主體生化工藝采用MBR工藝。結(jié)合類似廢水預(yù)處理經(jīng)驗(yàn),采用“混凝沉淀+厭氧水解沉淀+MBR”工藝進(jìn)行廢水處理,并采用“超濾+反滲透”雙膜法進(jìn)一步理深度處理作為生產(chǎn)用水回用。MBR工藝可確保出水COD50mg/L,降低中水膜系統(tǒng)的有機(jī)物引起的膜污堵風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 工藝流程

各段工藝流程如圖1和圖2所示。

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2.2.1含硅廢水處理系統(tǒng)

溢流清洗及插片廢水自流至含硅廢水調(diào)節(jié)池(原事故池),經(jīng)提升泵泵至混凝氣浮沉淀一體機(jī)處理,上清液自流至清水槽,再經(jīng)提升泵至排放檢測(cè)池達(dá)標(biāo)排放。混凝氣浮沉淀一體機(jī)的浮渣及污泥經(jīng)污泥泵泵至污泥儲(chǔ)池后進(jìn)行后續(xù)處理。

2.2.2 有機(jī)廢水處理系統(tǒng)

有機(jī)廢水自流至格柵集水井,經(jīng)集水井提升泵提升至調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,經(jīng)調(diào)節(jié)池提升泵提升至混凝池,經(jīng)加藥混凝后自流至混凝沉淀池沉淀大部分懸浮物及硅粉,上清液自流至厭氧池進(jìn)行水解酸化提高廢水的可生化性,厭氧池廢水自流至沉淀池進(jìn)行固液分離,進(jìn)一步沉淀去除硅粉,上清液自流至好氧池進(jìn)行好氧生化處理,去除廢水中大部分的有機(jī)物,好氧池出水自流至MBR池進(jìn)一步去除有機(jī)物及懸浮物,MBR出水經(jīng)出水自吸泵泵至中水原水池進(jìn)一步進(jìn)行中水處理。混凝沉淀池、厭氧沉淀池、MBR池污泥經(jīng)污泥泵泵送至污泥儲(chǔ)池后進(jìn)行后續(xù)處理。

2.2.3 中水回用處理系統(tǒng)

中水原水池廢水經(jīng)提升泵提升至袋式過(guò)濾器,然后進(jìn)入超濾系統(tǒng),進(jìn)一步去除有機(jī)物及懸浮物,超濾濃液自流至排放檢測(cè)池,超濾出水自流至中間水槽,經(jīng)提升泵提升后,經(jīng)過(guò)5μm保安過(guò)濾器,然后增壓泵通過(guò)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行反滲透處理進(jìn)一步凈化水質(zhì),反滲透濃液自流至排放水池,反滲透產(chǎn)水自流至RO產(chǎn)水池,作為純水的備用水源。

2.2.4 污泥處理系統(tǒng)

氣浮沉淀一體機(jī)污泥、混凝沉淀池、厭氧沉淀池、MBR池污泥經(jīng)污泥泵泵送至污泥儲(chǔ)池后,經(jīng)調(diào)質(zhì)后,通過(guò)污泥泵提升至高壓板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水壓濾,污泥儲(chǔ)池上清液及板框壓濾液回流至集水井,干泥外運(yùn)處置。

2.2.5 其他配套系統(tǒng)

1)加藥系統(tǒng),包括污水處理站的pH調(diào)節(jié)酸堿加藥系統(tǒng)、PAC加藥系統(tǒng)、PAM加藥系統(tǒng)、MBR清洗藥劑系統(tǒng)以及中水系統(tǒng)的加藥系統(tǒng)。由于引入了生活污水,生化所需補(bǔ)充的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素基本得到保障。額外所需的營(yíng)養(yǎng)藥劑由污水站員工直接投加干粉,不配置加藥系統(tǒng)。

2)除臭系統(tǒng),含硅廢水調(diào)節(jié)池、有機(jī)廢水集水井、有機(jī)廢水調(diào)節(jié)池、混凝反應(yīng)池、混凝沉淀池、厭氧池、厭氧沉淀池、好氧池、MBR池、污泥儲(chǔ)池等所有鋼砼池體加蓋,收集臭氣,污泥脫水間等有臭氣產(chǎn)生的房間均收集臭氣,統(tǒng)一輸送至除臭間臭氣處理系統(tǒng)進(jìn)行臭氣處理,處理后的臭氣高空排放。

3、主要工藝單元工程設(shè)計(jì)

3.1 含硅廢水處理系統(tǒng)

1)含硅廢水調(diào)節(jié)池。含硅廢水調(diào)節(jié)池1座,為原事故池利舊,尺寸為9mx4.5mx5m,容積約為

220m,全地下混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái),攪拌功率3kW,配套超聲波液位計(jì)1臺(tái);設(shè)置提升泵2臺(tái),流量70m3/h,揚(yáng)程11m,11備,并在吸水總管上設(shè)置引水桶。

2)混凝反應(yīng)池;炷磻(yīng)池1座,2.7mx2.5mx2m,分為三格,碳鋼防腐材質(zhì),設(shè)計(jì)最大處理流量,70m/h,反應(yīng)停留時(shí)間11min。

3)氣浮沉淀一體池。氣浮沉淀一體池1座,含溶氣釋放區(qū)、分離區(qū)、清水池和污水池,設(shè)計(jì)處理流量:70m/h,水力表面負(fù)荷:3~5m/(m2·h),設(shè)備溶氣水回流比為50%,清水池配套排放泵2臺(tái),流量80m/h,揚(yáng)程15m

3.2 有機(jī)廢水處理系統(tǒng)

1)有機(jī)廢水集水井。有機(jī)廢水集水井將自流進(jìn)入污水處理的廢水提升至調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)均量。設(shè)置1座,設(shè)計(jì)流量按小時(shí)峰值流量,120m/h,停留時(shí)間:15min,有效容積:30m,設(shè)計(jì)尺寸為5.0mx3.0mx3.0m。

2)有機(jī)廢水調(diào)節(jié)池。有機(jī)廢水調(diào)節(jié)池為有機(jī)廢水均質(zhì)均量的單元,設(shè)置1座,停留時(shí)間為12h,設(shè)計(jì)尺寸為17.34mx8mx7.5m。

3)事故池。事故池為事故排水收集單元,設(shè)計(jì)收集過(guò)量高濃度的切割液,設(shè)置1座,停留時(shí)間,2h,設(shè)計(jì)尺寸為7.3mx4.4mx7.5m

4)混凝反應(yīng)池;炷磻(yīng)池為有機(jī)廢水的預(yù)處理去除部分有機(jī)物及超細(xì)硅粉,采用3格設(shè)計(jì),停留時(shí)間為40min,,單格尺寸為3.2mx2.3mx3.5m。

5)高效沉淀池;炷磻(yīng)池為有機(jī)廢水的預(yù)處理去除部分有機(jī)物及超細(xì)硅,設(shè)2座,設(shè)計(jì)表面負(fù)荷:0.77m/(m2·h),單座10.8mx6.0mx7.5m。

6)厭氧池。為提高有機(jī)廢水的可生化性,設(shè)置厭氧水解池2座,停留時(shí)間8h,單座尺寸為10.8mx5.65mx7.0m。

7)厭氧沉淀池。為充分去除超細(xì)硅,避免對(duì)MBR產(chǎn)生污堵,設(shè)置厭氧沉淀池,對(duì)包裹著超細(xì)硅粉的污泥進(jìn)行分離,避免進(jìn)入MBR系統(tǒng),設(shè)置厭氧沉淀池2座,表面負(fù)荷:1.2m3/(m2·h),單座10.8mx4mx7.0m。

8)好氧池。好氧池為有機(jī)物的主要去除單元,設(shè)置2座,設(shè)計(jì)COD負(fù)荷:1.5kgCOD/(m·d),停留時(shí)間:13.5h,單座10.8mx10mx6.5m,設(shè)好氧曝氣風(fēng)機(jī)3臺(tái)(21),風(fēng)量為19.8m3/min,風(fēng)壓為7mH2O2變頻控制。

9)MBR池。考慮到有機(jī)廢水中含有的硅粉及硅膠等物質(zhì)易導(dǎo)致MBR膜堵塞和污染,MBR池采用獨(dú)立膜分離單元,便于清洗。MBR池設(shè)置4座,分為兩組。單座6.8mx5.0mx6.5m。設(shè)計(jì)COD負(fù)荷:0.10kgCOD/(m3·d),設(shè)計(jì)污泥濃度:10g/L,MBR膜通量為0.17m3/(m2·d),MBR組件數(shù)量:24套,每池內(nèi)含有6MBR組件。每池配置膜擦洗鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái),風(fēng)量為19.8m/min,風(fēng)壓為7mH2OMBR組件參數(shù):型號(hào)為RW400-R;外形尺寸4290mmx2925mmx575mm;膜元件400張;有效膜面積580m2;膜布公稱孔徑0.4μm(平均0.2μm);初始清水過(guò)濾量670L/min(20℃、5kPa);膜類型為平板膜;膜材質(zhì)為氯化聚氯乙烯(CPVC);膜清洗為0.3%~0.6%次氯酸鈉溶液,0.5%~1.0%檸檬酸。

3.3 中水處理系統(tǒng)

1)中水原水池。為保證中水系統(tǒng)原水供應(yīng)以及MBR清洗、溶藥所需水量,中水原水池采用高位溢流的形式,溢流水排放至排放檢測(cè)池。停留時(shí)間:1h,有效容積:100m,采用立式HDPE罐。

2)超濾系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理為120m/h,預(yù)過(guò)濾采用100μm袋式過(guò)濾器,超濾膜采用40GEZW1500,其中一期20套。設(shè)計(jì)通量為54L/(m2·h),死端過(guò)濾。超濾膜(UF)參數(shù):型號(hào)為ZW1500;外形尺寸p180mmx1920mm;膜組件膜面積57.7m;過(guò)濾通量范圍35~135L/(m2·h);膜布公稱孔徑0.02μm;表面特征為非離子和親水性;初始清水過(guò)濾量為670L/min,20.5kPa);膜類型為中間纖維膜(1.1mm外徑,0.66mm內(nèi)徑);膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF);反沖洗頻率15~60min;反沖洗流量298~340L/(m2·h);反洗持續(xù)時(shí)間30~60s;化學(xué)清洗周期為每隔4~8周;清洗藥劑為NaOCl、NaOH、檸檬酸。

3)反滲透系統(tǒng)?紤]到設(shè)備的節(jié)能、運(yùn)行壓力、膜的透過(guò)率、膜的脫鹽率、出水的含鹽量等因素,本項(xiàng)目反滲透通美國(guó)海德能的LFC3-LD抗污染反滲透膜。LFC3-LD抗污染反滲透膜具有特強(qiáng)的抗污染性,清洗也比較方便。單支膜脫鹽率達(dá)99.5%,二氧化硅脫除率在99%以上,高于普通RO95%二氧化硅脫除率。考慮到原水為中水以及膜的使用壽命等因素,以及冬季水溫低等因素,實(shí)際單支RO膜產(chǎn)水為按0.7m/h設(shè)計(jì),RO膜設(shè)計(jì)90支,其中一期為45支,設(shè)計(jì)產(chǎn)水量:60m/h,回收率:60%。在RO膜堆前設(shè)置5μm保安過(guò)濾器。

3.4 項(xiàng)目設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1)對(duì)切片廢水進(jìn)行合理的分質(zhì)分流,對(duì)含硅粉較多,不適合回用的含硅廢水,采用簡(jiǎn)單處理后直接排放,滿足高標(biāo)準(zhǔn)排放和中水回用的要求;

2)本項(xiàng)目生化工藝采用了MBR工藝,有效保證了當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)排放和中水回用的要求;

3)厭氧水解后增加厭氧沉淀池,利用活性污泥的包裹作用進(jìn)一步去除系統(tǒng)內(nèi)存在的超細(xì)硅粉,避免對(duì)后續(xù)MBR、UFRO產(chǎn)生堵塞。

4、運(yùn)行調(diào)試情況

4.1 出水情況

本項(xiàng)目自20166月建成投產(chǎn)后,至今運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。MBR產(chǎn)水COD穩(wěn)定在50mg/L以下(見(jiàn)圖3)pH7.57~8.68之間,出水濁度<1NTU、總排口出水COD基本穩(wěn)定在200mg/L以下(見(jiàn)圖4),pH7.48~8.50之間,懸浮物濃度<20mg/L

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4.2 膜污堵情況

中水在運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)生了兩次較為嚴(yán)重的膜污堵現(xiàn)象,一次為袋式過(guò)濾器、一次為反滲透系統(tǒng);前者主要是由于PAM過(guò)量投加引起,后通過(guò)更換新的濾袋,并降低PAM投加量等應(yīng)對(duì)措施;后者主要由于溶解性SiO2引起;經(jīng)分析檢測(cè),中水原水溶解性SiO2最大達(dá)到了80mg/L,在RO系統(tǒng)內(nèi)形成硅結(jié)垢6,后采取了降低進(jìn)水pH,并在混凝反應(yīng)中加入了鎂劑除硅等控制措施。此外,通過(guò)對(duì)污堵的成分分析,可以驗(yàn)證超細(xì)硅粉引起的污堵得到了有效控制。目前中水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,RO系統(tǒng)僅需半年進(jìn)行一次恢復(fù)性清洗。

5、投資及運(yùn)行成本

本工程總投資約2500萬(wàn)元,污水處理成本為4.85/m3,中水回用成本為5.8/t。

6、結(jié)論

1)本項(xiàng)目中試及工程設(shè)計(jì)運(yùn)行結(jié)果表明,MBR工藝+雙膜法在切片廢水高標(biāo)準(zhǔn)排放和中水回用具有良好的效果;

2)分質(zhì)分流對(duì)中水回用起到了很好的保證作用,且對(duì)出水達(dá)標(biāo)沒(méi)有產(chǎn)生影響,有效的降低了企業(yè)的運(yùn)行成本;

3)高效沉淀池、厭氧沉淀池的設(shè)置,對(duì)超細(xì)硅粉起到了很好的攔截作用,提高了膜系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。(來(lái)源:江蘇道同環(huán)境科技有限公司)

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