多晶硅電池生產(chǎn)含氮廢水零排放工程案例介紹

張水水

（上海晶宇環(huán)境工程股份有限公司，上海 200439）

多晶硅電池生產(chǎn)含氮廢水零排放工程案例介紹

張水水

（上海晶宇環(huán)境工程股份有限公司，上海 200439）

采用預(yù)處理+反滲透工藝+蒸發(fā)結(jié)晶工藝結(jié)合，對(duì)多晶硅電池片生產(chǎn)含氮廢水進(jìn)行處理，使含氮廢水形成閉路循環(huán)，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。實(shí)際工程運(yùn)行結(jié)果表明：多晶硅電池片生產(chǎn)含氮廢水經(jīng)過(guò)零排放工藝處理，回用水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于業(yè)主給定指標(biāo)，回用于車(chē)間超純水制備系統(tǒng)，水中溶解物質(zhì)形成化學(xué)污泥及雜鹽，委外處置，生產(chǎn)應(yīng)用可行。

多晶硅電池片；反滲透；多效蒸發(fā)；廢水零排放

江蘇省張家港市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)某光伏科技有限公司在光伏電池生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的生產(chǎn)廢水，主要分為含氟廢水、含氮廢水。由于地處太湖流域，當(dāng)?shù)夭辉试S含氮廢水外排，該公司投資建設(shè)一套含氮廢水零排放裝置，將含氮廢水處理后，主要指標(biāo)優(yōu)于當(dāng)?shù)刈詠?lái)水水質(zhì)，回用到車(chē)間化水站制備超純水，水中溶解物質(zhì)通過(guò)化學(xué)污泥及最終蒸發(fā)結(jié)晶成雜鹽，委外處置，最終實(shí)現(xiàn)含氮廢水的零排放，滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，為企業(yè)立足張家港市提供有利保障。

1 生產(chǎn)排水分析

本企業(yè)主要采用多晶硅片生產(chǎn)多晶電池片，主要生產(chǎn)工藝如下：清洗制絨+磷擴(kuò)散+刻蝕+鍍減反射+絲網(wǎng)印刷+燒結(jié)+測(cè)試分檔。主要的含氮廢水排放點(diǎn)為清洗制絨及刻蝕工藝段，其他生產(chǎn)工藝點(diǎn)幾乎不排放廢水，含氮廢水主要含氫氟酸、硝酸、硫酸及反應(yīng)生成的氟硅酸等，本處對(duì)含氮廢水進(jìn)行零排放處理。

2 廢水進(jìn)出水量水質(zhì)

含氮廢水零排放處理系統(tǒng)處理能力為680 m3/d.根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商資料及同類(lèi)廢水經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。根據(jù)業(yè)主要求及當(dāng)?shù)刈詠?lái)水水質(zhì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)回用水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

3 處理工藝

3.1 工藝流程

本工程采用如下處理工藝，如圖1所示。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

表2 回用水水質(zhì)

圖1 含氮廢水零排放處理工藝簡(jiǎn)圖

3.2 工藝簡(jiǎn)述

3.2.1 調(diào)節(jié)池

本工程中，含氮廢水通過(guò)廠區(qū)的排水管網(wǎng)排入調(diào)節(jié)池。由于含氮廢水排水具有時(shí)段不均勻性的特點(diǎn)，為了盡量減少其沖擊負(fù)荷的影響，故設(shè)調(diào)節(jié)池1座，對(duì)進(jìn)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)并均質(zhì)。

3.2.2 兩級(jí)沉淀池

含氮廢水經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池均質(zhì)、均量后，通過(guò)水泵提升進(jìn)入兩級(jí)沉淀池，一級(jí)沉淀池通過(guò)投加石灰去除廢水中的氟離子、氟硅酸，相關(guān)反應(yīng)機(jī)理如下：

經(jīng)過(guò)上述反應(yīng)，廢水中氟離子、氟硅酸與石灰形成難溶的氟化鈣、硅酸鈣污泥。

二級(jí)沉淀通過(guò)投加碳酸鈉去除廢水中的鈣離子，相關(guān)反應(yīng)機(jī)理如下[3]：

經(jīng)過(guò)上述反應(yīng)，碳酸鈉與一級(jí)沉淀池出水中殘余的鈣離子形成碳酸鈣污泥。

污泥經(jīng)排泥泵輸送至板框壓濾機(jī)脫水，濾液回流至調(diào)節(jié)池，二級(jí)沉淀上清液自流進(jìn)入pH調(diào)節(jié)反應(yīng)格，投加鹽酸將pH回調(diào)至中性后進(jìn)入砂濾單元。

3.2.3 砂濾+炭濾

砂濾通常是以天然石英砂、錳砂和無(wú)煙煤作為濾料來(lái)進(jìn)行水過(guò)濾處理的工藝。本處通過(guò)砂濾降低沉淀出水SS，保障后續(xù)反滲透的安全穩(wěn)定運(yùn)行。炭濾是一種較常用的水處理設(shè)備，作為水處理脫鹽系統(tǒng)前處理，能夠吸附前級(jí)過(guò)濾中無(wú)法去除的余氯，降低廢水濁度，可有效保證后級(jí)反滲透使用壽命。

3.2.4 樹(shù)脂軟化器

本處樹(shù)脂軟化器采用鈉（Na）型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂，用于二級(jí)沉淀的保障單元。當(dāng)未達(dá)到設(shè)定的軟化效果時(shí)，樹(shù)脂軟化器將廢水中鈣離子通過(guò)交換樹(shù)脂吸附去除，產(chǎn)水進(jìn)入反滲透1，樹(shù)脂軟化器定期再生，再生廢水回流至調(diào)節(jié)池循環(huán)處理。

3.2.5 反滲透1

樹(shù)脂軟化出水通過(guò)水泵提升，進(jìn)入反滲透1，反滲透將廢水中大部分TDS攔截至濃縮液中，產(chǎn)水含有少量TDS；反滲透1由于TDS小于10 000 mg/L，故采用抗污染苦咸水反滲透膜?？刮廴究嘞趟礉B透系統(tǒng)對(duì)TDS截留率在97%左右，因此反滲透1產(chǎn)水約150 mg/L，可滿足回用水的TDS要求，但反滲透對(duì)于硝酸根截留較差（90%～95%），其反滲透產(chǎn)水硝酸根達(dá)不到回用要求。故反滲透1產(chǎn)水進(jìn)入反滲透3，反滲透1濃縮后的濃縮液進(jìn)入反滲透2繼續(xù)濃縮。

3.2.6 反滲透2

反滲透1濃縮液通過(guò)水泵提升進(jìn)入反滲透2，該濃縮液經(jīng)過(guò)反滲透1濃縮后，TDS濃縮至約20 000 mg/L，因此反滲透2采用抗污染海水淡化反滲透膜?？刮廴竞Ｋ礉B透系統(tǒng)對(duì)TDS截留率在98%左右，因此反滲透2產(chǎn)水約400 mg/L，需要進(jìn)一步脫鹽處理方可達(dá)到回用要求。故反滲透1產(chǎn)水進(jìn)入反滲透3，而反滲透2濃縮后的濃縮液進(jìn)入多效蒸發(fā)結(jié)晶流程，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

3.2.7 反滲透3

反滲透1、反滲透2產(chǎn)水通過(guò)中轉(zhuǎn)進(jìn)入反滲透3，由于反滲透3進(jìn)水未反滲透產(chǎn)水，故采用普通反滲透膜元件，反滲透3產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)回用，濃水回流至前段與樹(shù)脂軟化器出水一同進(jìn)入反滲透1處理。

3.2.8 蒸發(fā)結(jié)晶單元

反滲透3濃水通過(guò)水泵提升，經(jīng)末效二次蒸汽預(yù)熱升溫后，進(jìn)入一效加熱器分離器內(nèi)，然后通過(guò)大流量強(qiáng)制循環(huán)泵將物料不停循環(huán)，濃度達(dá)12%左右；接著由循環(huán)泵抽入二效分離器內(nèi)，通過(guò)大流量強(qiáng)制循環(huán)泵將物料不停循環(huán)，濃度達(dá)23% ；物料由循環(huán)泵抽入三效分離器內(nèi)，然后通過(guò)大流量強(qiáng)制循環(huán)泵將物料不停循環(huán)，使其物料濃度達(dá)到40%以上；一二三效分離結(jié)晶器下部設(shè)有析晶腿，可觀察里面晶體情況，析晶腿中晶漿通過(guò)出料泵排至冷卻結(jié)晶器中，結(jié)晶器晶漿進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，固液分離。濾液回流至蒸發(fā)結(jié)晶單元，固體雜鹽通過(guò)噸袋包裝后外運(yùn)處置。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

4.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池：共1座，池體尺寸9.0 m×5.0 m×5.5 m，有效水深5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間8 h，池內(nèi)空氣攪拌管混合均勻。

4.2 兩級(jí)沉淀池

共2套，尺寸為9.0 m×6.0 m×6 m，處理量36 m3/h，碳鋼襯膠材質(zhì)，沉淀池設(shè)計(jì)表面負(fù)荷1 m3/m2·h。設(shè)置石灰反應(yīng)格、PAC反應(yīng)格、PAM反應(yīng)格、碳酸鈉反應(yīng)格、pH回調(diào)反應(yīng)格，各反應(yīng)格設(shè)置反應(yīng)攪拌機(jī)，沉淀池各設(shè)置2臺(tái)排泥泵，1用1備。

4.3 砂濾+炭濾

砂濾器2套，砂濾罐直徑2 400 m，碳鋼襯膠材質(zhì)，設(shè)計(jì)流速8 m/h，1用1備；砂濾器配備自動(dòng)閥門(mén)組、反洗水泵、壓縮空氣罐，定期自動(dòng)反洗。

炭濾器2套，炭濾罐直徑2 400 m，碳鋼襯膠材質(zhì)，設(shè)計(jì)流速8 m/h，1用1備；炭濾器配備自動(dòng)閥門(mén)組、反洗水泵，定期自動(dòng)反洗。

4.4 樹(shù)脂軟化罐

樹(shù)脂軟化器3套，樹(shù)脂軟化罐直徑1 200 m，碳鋼襯膠材質(zhì)，設(shè)計(jì)流速16 m/h，2用1備，樹(shù)脂軟化器配備自動(dòng)閥門(mén)組、沖洗水泵、再生系統(tǒng)，定期再生。

4.5 反滲透

為節(jié)省占地，3套反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)在1套膜主機(jī)上，膜主機(jī)尺寸3.0 m×7.0 m×3.5 m；反滲透1膜主機(jī)設(shè)計(jì)采用抗污染苦咸水反滲透42支，設(shè)計(jì)進(jìn)水33.3 m3/h，設(shè)計(jì)通量＜18 LMH，設(shè)計(jì)回收率＜75%；反滲透2膜主機(jī)設(shè)計(jì)采用抗污染海水淡化反滲透12支，設(shè)計(jì)進(jìn)水8 m3/h，設(shè)計(jì)通量＜15 LMH，設(shè)計(jì)回收率＜70%；反滲透3膜主機(jī)設(shè)計(jì)采用普通反滲透36支，設(shè)計(jì)進(jìn)水37 m3/h，設(shè)計(jì)通量＜22 LMH，設(shè)計(jì)回收率＜85%。

4.6 蒸發(fā)結(jié)晶單元

蒸發(fā)結(jié)晶單元設(shè)計(jì)處理規(guī)模進(jìn)水3 m3/h，一效換熱面積90 m2，配套分離器，并設(shè)有循環(huán)泵1，循環(huán)流量400 m3/h，揚(yáng)程7 m；二效換熱面積48 m2，配套分離器，并設(shè)有循環(huán)泵2，循環(huán)流量200 m3/h，揚(yáng)程6 m；三效換熱面積50 m2，配套分離器，并設(shè)有循環(huán)泵3，循環(huán)流量200 m3/h，揚(yáng)程6 m；配置冷凍結(jié)晶器、離心機(jī)。

5 調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果

本工程于2014年6月份開(kāi)始調(diào)試，單級(jí)點(diǎn)動(dòng)及清水調(diào)試1周完成，然后進(jìn)行投料調(diào)試，整體投料調(diào)試耗時(shí)4周，回用水運(yùn)行數(shù)據(jù)整理如表3所示。

表3 回用水運(yùn)行數(shù)據(jù)整理表

6 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與環(huán)境效益

該工程總投資986萬(wàn)元，總占地面積700 m2，噸水運(yùn)行成本17.52元，其中電費(fèi)為4.38元，蒸汽費(fèi)用5.08元，藥劑費(fèi)6.56元，人員工資1.50元。

廢水經(jīng)處理后，每年可節(jié)約22萬(wàn)t自來(lái)水，且系統(tǒng)不對(duì)外排廢水，具有極大的社會(huì)效益。

7 結(jié)論

（1）采用兩級(jí)沉淀+砂濾+炭濾+樹(shù)脂軟化+反滲透+蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)現(xiàn)多晶電池片生產(chǎn)含氮廢水零排放技術(shù)上是可行的，工程占地面積小，處理效果穩(wěn)定。

（2）兩級(jí)沉淀采用投加石灰乳的方法，去除氟硅酸，然后通過(guò)投加碳酸鈉去除藥劑帶入的鈣離子，并與后續(xù)樹(shù)脂軟化配合，降低后續(xù)反滲透系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，確保反滲透安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）通過(guò)多套反滲透組合設(shè)計(jì)，確?；赜盟_(dá)標(biāo)回用的同時(shí)，對(duì)廢水進(jìn)行濃縮，減少蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)處理規(guī)模，降低整體投資運(yùn)行費(fèi)用（蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)噸水投資及運(yùn)行費(fèi)用均較高）。

1 于皓潔，林 立，姚雁林.多晶制絨工藝與設(shè)備的研究[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2011，40（1）：27-28.

Project Introduction to Zero Discharge of Nitrogen containing Wastewater in Production of Polycrystalline Silicon Cells

Zhang Shuishui
(Shanghai Jingyu Environmental Engineering Limited Company, Shanghai 200439, China)

Using pretreatment combined with reverse osmosis process and evaporation crystallization process to deal with nitrogen containing wastewater during in production of Polycrystalline Silicon Cells in order to form a closed loop to achieve zero discharge of waste water, The actual project results show that: After zero-discharge process to nitrogencontaining wastewater during in production of Polycrystalline Silicon Cells is able to achieve stable water quality , better than the owner's given index, suitable for workshop ultra-pure water preparation system. Dissolved substances in water form chemical sludge and mixed salt and then entrust a third party to dispose of them, it is feasible in production and application.

polysilicon battery sheet; reverse osmosis; multi effect evaporation; zero discharge of wastewater

X703

A

1008-9500(2017)07-0031-03

2017-05-17

張水水（1984-），男，江西贛州人，助理工程師，研究方向：廢水處理、回用及零排放處理。