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，對多晶硅電池片生產(chǎn)含氮廢水進行處理，使含氮廢水形成閉路循環(huán)，實現(xiàn)廢水零排放。實際工程運行結(jié)果表明：多晶硅電池片生產(chǎn)含氮廢水經(jīng)過零排放工藝處理，回用水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于業(yè)主給定指標，回用于車間超純水制備系統(tǒng)，水中溶解物質(zhì)形成化學污泥及雜鹽，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)濟開發(fā)區(qū)某光伏科技有限公司在光伏電池生產(chǎn)過程中會產(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?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，主要指標優(yōu)于當?shù)刈詠硭|(zhì)，回用到車間化水站制備超純水，水中溶解物質(zhì)通過化學污泥及最終蒸發(fā)結(jié)晶成雜鹽，委外處置，最終實現(xiàn)含氮廢水的零排放，滿足當?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+磷擴散+刻蝕+鍍減反射+絲網(wǎng)印刷+燒結(jié)+測試分檔。主要的含氮廢水排放點為清洗制絨及刻蝕工藝段，其他生產(chǎn)工藝點幾乎不排放廢水，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，本處對含氮廢水進行零排放處理。

2 廢水進出水量水質(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)商資料及同類廢水經(jīng)驗，設(shè)計進水水質(zhì)如表1所示。根據(jù)業(yè)主要求及當?shù)刈詠硭|(zhì)指標，設(shè)計回用水水質(zhì)指標如表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圖

3.2 工藝簡述

3.2.1 調(diào)節(jié)池

本工程中，含氮廢水通過廠區(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段不均勻性的特點，為了盡量減少其沖擊負荷的影響，故設(shè)調(diào)節(jié)池1座，對進水量進行調(diào)節(jié)并均質(zhì)。

3.2.2 兩級沉淀池

含氮廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池均質(zhì)、均量后，通過水泵提升進入兩級沉淀池，一級沉淀池通過投加石灰去除廢水中的氟離子、氟硅酸，相關(guān)反應(yīng)機理如下：

經(jīng)過上述反應(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。

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

經(jīng)過上述反應(yīng)，碳酸鈉與一級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脫水，濾液回流至調(diào)節(jié)池，二級沉淀上清液自流進入pH調(diào)節(jié)反應(yīng)格，投加鹽酸將pH回調(diào)至中性后進入砂濾單元。

3.2.3 砂濾+炭濾

砂濾通常是以天然石英砂、錳砂和無煙煤作為濾料來進行水過濾處理的工藝。本處通過砂濾降低沉淀出水SS，保障后續(xù)反滲透的安全穩(wěn)定運行。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，能夠吸附前級過濾中無法去除的余氯，降低廢水濁度，可有效保證后級反滲透使用壽命。

3.2.4 樹脂軟化器

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

3.2.5 反滲透1

樹脂軟化出水通過水泵提升，進入反滲透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，但反滲透對于硝酸根截留較差（90%～95%），其反滲透產(chǎn)水硝酸根達不到回用要求。故反滲透1產(chǎn)水進入反滲透3，反滲透1濃縮后的濃縮液進入反滲透2繼續(xù)濃縮。

3.2.6 反滲透2

反滲透1濃縮液通過水泵提升進入反滲透2，該濃縮液經(jīng)過反滲透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TDS截留率在98%左右，因此反滲透2產(chǎn)水約400 mg/L，需要進一步脫鹽處理方可達到回用要求。故反滲透1產(chǎn)水進入反滲透3，而反滲透2濃縮后的濃縮液進入多效蒸發(fā)結(jié)晶流程，實現(xiàn)廢水零排放。

3.2.7 反滲透3

反滲透1、反滲透2產(chǎn)水通過中轉(zhuǎn)進入反滲透3，由于反滲透3進水未反滲透產(chǎn)水，故采用普通反滲透膜元件，反滲透3產(chǎn)水水質(zhì)達到回用標準回用，濃水回流至前段與樹脂軟化器出水一同進入反滲透1處理。

3.2.8 蒸發(fā)結(jié)晶單元

反滲透3濃水通過水泵提升，經(jīng)末效二次蒸汽預(yù)熱升溫后，進入一效加熱器分離器內(nèi)，然后通過大流量強制循環(huán)泵將物料不停循環(huán)，濃度達12%左右；接著由循環(huán)泵抽入二效分離器內(nèi)，通過大流量強制循環(huán)泵將物料不停循環(huán)，濃度達23% ；物料由循環(huán)泵抽入三效分離器內(nèi)，然后通過大流量強制循環(huán)泵將物料不停循環(huán)，使其物料濃度達到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，析晶腿中晶漿通過出料泵排至冷卻結(jié)晶器中，結(jié)晶器晶漿進入離心機內(nèi)，固液分離。濾液回流至蒸發(fā)結(jié)晶單元，固體雜鹽通過噸袋包裝后外運處置。

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)，水力停留時間8 h，池內(nèi)空氣攪拌管混合均勻。

4.2 兩級沉淀池

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)計表面負荷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，沉淀池各設(shè)置2臺排泥泵，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)計流速8 m/h，1用1備；砂濾器配備自動閥門組、反洗水泵、壓縮空氣罐，定期自動反洗。

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

4.4 樹脂軟化罐

樹脂軟化器3套，樹脂軟化罐直徑1 200 m，碳鋼襯膠材質(zhì)，設(shè)計流速16 m/h，2用1備，樹脂軟化器配備自動閥門組、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)計在1套膜主機上，膜主機尺寸3.0 m×7.0 m×3.5 m；反滲透1膜主機設(shè)計采用抗污染苦咸水反滲透42支，設(shè)計進水33.3 m3/h，設(shè)計通量＜18 LMH，設(shè)計回收率＜75%；反滲透2膜主機設(shè)計采用抗污染海水淡化反滲透12支，設(shè)計進水8 m3/h，設(shè)計通量＜15 LMH，設(shè)計回收率＜70%；反滲透3膜主機設(shè)計采用普通反滲透36支，設(shè)計進水37 m3/h，設(shè)計通量＜22 LMH，設(shè)計回收率＜85%。

4.6 蒸發(fā)結(jié)晶單元

蒸發(fā)結(jié)晶單元設(shè)計處理規(guī)模進水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，揚程6 m；配置冷凍結(jié)晶器、離心機。

5 調(diào)試及運行結(jié)果

本工程于2014年6月份開始調(diào)試，單級點動及清水調(diào)試1周完成，然后進行投料調(diào)試，整體投料調(diào)試耗時4周，回用水運行數(shù)據(jù)整理如表3所示。

表3 回用水運行數(shù)據(jù)整理表

6 主要經(jīng)濟指標與環(huán)境效益

該工程總投資986萬元，總占地面積700 m2，噸水運行成本17.52元，其中電費為4.38元，蒸汽費用5.08元，藥劑費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t自來水，且系統(tǒng)不對外排廢水，具有極大的社會效益。

7 結(jié)論

（1）采用兩級沉淀+砂濾+炭濾+樹脂軟化+反滲透+蒸發(fā)結(jié)晶實現(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）兩級沉淀采用投加石灰乳的方法，去除氟硅酸，然后通過投加碳酸鈉去除藥劑帶入的鈣離子，并與后續(xù)樹脂軟化配合，降低后續(xù)反滲透系統(tǒng)結(jié)垢風險，確保反滲透安全穩(wěn)定運行。

（3）通過多套反滲透組合設(shè)計，確?；赜盟_標回用的同時，對廢水進行濃縮，減少蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)處理規(guī)模，降低整體投資運行費用（蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)噸水投資及運行費用均較高）。

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。