光伏行業(yè)硅切片段清潔生產(chǎn)實(shí)例研究

張 濤，郭偉東

（1.渭南市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，陜西 渭南 714000；2.西安澤源濕地科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

太陽能作為一種逐漸被廣泛采用的分布式能源，以其安全性高、資源無限、不受地域限制和清潔可再生等優(yōu)點(diǎn)贏得了人們的親睞和認(rèn)可。新興的光伏發(fā)電就是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏產(chǎn)業(yè)正是生產(chǎn)和制造光伏發(fā)電所需的各種組件和設(shè)備，因而被稱為21世紀(jì)戰(zhàn)略性朝陽產(chǎn)業(yè)[1-2]。但在單/多晶硅、硅片切割、光伏電池、電池組件等生產(chǎn)和制造過程中普遍存在著資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的問題，特別是硅片切割過程的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題已嚴(yán)重制約了光伏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。硅片切割過程產(chǎn)生的主要污染物為廢棄切割液，它具有懸浮物濃度高、難降解有機(jī)物含量大和生化性極差等特點(diǎn)[4]。

清潔生產(chǎn)是指將綜合預(yù)防的環(huán)境保護(hù)策略持續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程、產(chǎn)品以及服務(wù)中，以期減少對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[5]。從本質(zhì)上說，就是對(duì)生產(chǎn)過程、產(chǎn)品以及服務(wù)采取整體預(yù)防的環(huán)境策略，減少或消除對(duì)人類及環(huán)境的危害，同時(shí)充分滿足人類需要，使經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益同時(shí)最大化的一種生產(chǎn)模式。與傳統(tǒng)污染物治理方法不同的是，清潔生產(chǎn)側(cè)重于改進(jìn)工藝技術(shù)、強(qiáng)化企業(yè)管理，最大限度地利用資源、能源，達(dá)到“減量化、再使用、再循環(huán)”的目的，將污染物消除在萌芽之中。與此同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此，清潔生產(chǎn)被認(rèn)為是光伏行業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑和最佳模式[6]。

1 企業(yè)案例

清潔生產(chǎn)主要是圍繞污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)、產(chǎn)生原因以及污染物減量化展開的，本文以陜西某光伏企業(yè)為實(shí)例，對(duì)光伏行業(yè)硅切片段開展清潔生產(chǎn)審核的步驟和特點(diǎn)予以研究，分析其中存在的問題，并針對(duì)問題提出相應(yīng)的對(duì)策。

1.1 企業(yè)生產(chǎn)概況

該光伏企業(yè)主要從事單晶硅生產(chǎn)和硅片制造。到目前為止，單晶硅棒生產(chǎn)加工能力為1.4 GW，單晶硅片加工生產(chǎn)能力為900 MW，主要產(chǎn)品包括6～8英寸太陽能級(jí)單晶硅棒及硅片，其產(chǎn)品廣泛用于制造各類二極管、三極管和太陽能光伏電池等領(lǐng)域。該企業(yè)主要生產(chǎn)工藝詳見圖1。

圖1 單晶硅片主要生產(chǎn)工藝流程圖

1.2 企業(yè)清潔生產(chǎn)水平分析

根據(jù)廢氣、廢水、廢渣的排放以及處理情況，分別從影響企業(yè)生產(chǎn)過程的8個(gè)方面入手，對(duì)企業(yè)清潔生產(chǎn)現(xiàn)狀作出客觀的判斷和評(píng)價(jià)。（1）原輔材料和能源：生產(chǎn)過程中熱能由電能轉(zhuǎn)換，萬片耗電量為4038.61 kW·h，耗電量較大，可充分回收再利用空壓機(jī)產(chǎn)生的大量熱能，從而降低萬片耗電量。另外，生產(chǎn)用純水處理后外排的一部分濃水（主要成分為聚乙二醇、金剛砂和碳化硅，約占18%）也可進(jìn)一步再利用。（2）技術(shù)工藝：公司采用了較為先進(jìn)的工藝技術(shù)。（3）設(shè)備：企業(yè)沒有淘汰或限期淘汰的生產(chǎn)設(shè)備，應(yīng)該注意按期對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)。（4）過程控制：生產(chǎn)過程控制必須按生產(chǎn)計(jì)劃有序進(jìn)行，按原材料、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施有效控制。（5）廢棄物：生產(chǎn)過程中廢水排放化學(xué)需氧量超標(biāo)，廢水再利用率不高，空壓機(jī)廠房外噪聲超標(biāo)。（6）管理：公司對(duì)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了規(guī)范化管理，制定了較詳細(xì)的管理制度。（7）員工：?jiǎn)T工的素質(zhì)相對(duì)較好，大專以上學(xué)歷占46.12%，工作責(zé)任心強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)管理等方面起關(guān)鍵作用，但應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)教育以及環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。（8）產(chǎn)品：出廠合格率達(dá)到100%，產(chǎn)品外包裝采用紙箱，內(nèi)包裝采用POF袋和珍珠棉、泡沬盒等，無過度包裝現(xiàn)象。

1.3 企業(yè)清潔生產(chǎn)存在的問題

通過企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的分析、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，以及廣大干部員工對(duì)清潔生產(chǎn)的合理化建議，發(fā)現(xiàn)企業(yè)清潔生產(chǎn)存在以下問題：（1）與2號(hào)動(dòng)力站冷干機(jī)聯(lián)動(dòng)的外排風(fēng)機(jī)把熱風(fēng)全部抽到外面，且冷空氣從4個(gè)大天窗流入到室內(nèi)，不利于設(shè)備保溫。（2）目前切片領(lǐng)用硅棒，需用衛(wèi)生紙擦拭硅棒表面，對(duì)衛(wèi)生紙的浪費(fèi)比較嚴(yán)重。（3）3號(hào)純水設(shè)備目前由一粗一精2級(jí)混床供給純水，純水輸送泵1將中間水箱過濾水由粗混床打入純水箱，再由純水輸送泵2打入精混床供給清洗車間，加大了精混床的再生頻率，浪費(fèi)了物料和人力。（4）目前粘膠使用酒精時(shí)，直接用瓶子將酒精倒在衛(wèi)生紙或其他物品上，損失大、揮發(fā)快，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。（5）每臺(tái)清洗機(jī)的溢流極其不穩(wěn)定，水壓大時(shí)，溢流經(jīng)常超過標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致硅片清洗不干凈，同時(shí)也浪費(fèi)水資源。（6）硅棒切割完畢下料后，放到脫膠架上，任由砂漿流失，造成浪費(fèi)。（7）脫膠下料小車上的砂漿不能有效回收利用。（8）附件房沖洗附件時(shí)使用自來水軟管反復(fù)沖洗，水資源浪費(fèi)較大而且花費(fèi)工作時(shí)間較長(zhǎng)。（9）粘膠所用樹脂膠是5 kg裝的大桶，取膠時(shí)不方便，尤其用到最后更不方便，容易造成浪費(fèi)，也會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)。（10）清洗工段經(jīng)常出現(xiàn)沒有上料空跑的現(xiàn)象，純水溢流的同時(shí)，不便車間溫度的降低而且浪費(fèi)電力。

1.4 確定企業(yè)清潔生產(chǎn)審核重點(diǎn)和目標(biāo)

該企業(yè)生產(chǎn)工藝流程比較單一，主要為硅晶棒切片。污染物主要為切割液及清洗廢水，在生產(chǎn)過程中電耗、水耗較大。針對(duì)以上問題，結(jié)合清潔生產(chǎn)審核的特點(diǎn)，將本次審核重點(diǎn)定為水耗和電耗。

結(jié)合光伏行業(yè)的特點(diǎn)，根據(jù)清潔生產(chǎn)審核相關(guān)要求，綜合分析企業(yè)實(shí)際技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，將本次清潔生產(chǎn)審核的目標(biāo)確定為萬片耗水量、萬片耗電量和COD減排量。以2014年為基準(zhǔn)年，分別設(shè)定近期目標(biāo)年（2015）和遠(yuǎn)期目標(biāo)年（2018），詳見表1。

表1 清潔生產(chǎn)目標(biāo)一覽表

1.5 清潔生產(chǎn)方案

1.5.1 方案提出

清潔生產(chǎn)方案的數(shù)量、質(zhì)量和可實(shí)施性直接關(guān)系到是否真正達(dá)到“節(jié)能、降耗、減污、增效”的目的，是清潔生產(chǎn)審核的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。清潔生產(chǎn)方案的提出主要有以下三個(gè)步驟：

（1）通過開展清潔生產(chǎn)合理化建議活動(dòng)，發(fā)動(dòng)企業(yè)全體干部職工從原料、操作、設(shè)備、技術(shù)、工藝和管理等方面提出相關(guān)建議和意見。

（2）審核小組根據(jù)企業(yè)清潔生產(chǎn)水平、污染物產(chǎn)生原因、物料平衡測(cè)算，結(jié)合清潔生產(chǎn)審核的重點(diǎn)和目標(biāo)，從技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和管理等各個(gè)方面對(duì)提出的建議和意見進(jìn)行可行性分析。

（3）根據(jù)分析結(jié)果，最終篩選出技術(shù)可行、環(huán)境效益明顯和經(jīng)濟(jì)投資合理的清潔生產(chǎn)方案。

結(jié)合該企業(yè)清潔生產(chǎn)存在的問題，針對(duì)水耗、電耗較大，形成了節(jié)水節(jié)電、改造照明系統(tǒng)、治理生產(chǎn)區(qū)跑冒滴漏、提高工作效率和綜合利用等無/低費(fèi)方案。針對(duì)衛(wèi)生紙、酒精、樹脂等浪費(fèi)較大，形成了改變硅棒擦拭、粘膠方式等無/低費(fèi)方案。針對(duì)砂漿任意流失浪費(fèi)，形成了改造下料小車和回收砂漿等無/低費(fèi)方案。針對(duì)空壓機(jī)熱能、部分濃水直接外排既浪費(fèi)能源又不環(huán)保，通過對(duì)空壓機(jī)安裝熱能回收裝置和板式換熱器，為脫膠機(jī)、清洗機(jī)提供熱水，余熱可作為供暖期的熱源。同樣，由于脫膠水中聚乙二醇含量高，在處理過程中要投入一定的人力、物力，導(dǎo)致成本的提高，而對(duì)脫膠水的循環(huán)利用能夠節(jié)約新鮮水用量，還可節(jié)省廢水處理費(fèi)用等中/高費(fèi)方案。最終，本次清潔生產(chǎn)共篩選出清潔生產(chǎn)方案38項(xiàng)，其中無/低費(fèi)方案36項(xiàng)，中/高費(fèi)方案2項(xiàng)。

1.5.2 效果分析

該企業(yè)整個(gè)清潔生產(chǎn)審核過程中提出的38項(xiàng)清潔生產(chǎn)方案，無/低費(fèi)方案預(yù)計(jì)需投資10.04萬元，每年可取得經(jīng)濟(jì)效益222.806萬元，中/高費(fèi)方案預(yù)計(jì)需投資149.7萬元，每年可取得經(jīng)濟(jì)效益396.4萬元。預(yù)計(jì)近期（2015年）萬片耗水量可降低為40.18 t，萬片耗電量可降低為3634.75 kW·h，COD年排放量可降至126 t，遠(yuǎn)期（2018年）萬片耗水量可降低為31.26 t，萬片耗電量可降低為2827.03 kW·h，COD年排放量可降至98 t。該企業(yè)自2014年12月開展清潔生產(chǎn)以來，無/低費(fèi)方案已全部實(shí)施，中/高費(fèi)方案也正在實(shí)施中，截止2015年3月，萬片耗水量已降為43.31 t（降低3%），萬片耗電量已降為3 925.53 kW·h（降低2.8%），依此計(jì)算該企業(yè)清潔生產(chǎn)目標(biāo)完全可以提前實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)語

（1）通過分析陜西某光伏硅切片企業(yè)以及其他類似企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)審核的過程，可以看出，部分企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及員工對(duì)清潔生產(chǎn)的思想、原理和方法認(rèn)識(shí)不夠，不明確清潔生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會(huì)效益，加之開展清潔生產(chǎn)審核工作所需的技術(shù)、設(shè)備等投資較大，企業(yè)缺乏相應(yīng)的主動(dòng)性與積極性，清潔生產(chǎn)審核并未在光伏行業(yè)得到廣泛推廣。

（2）光伏行業(yè)在生產(chǎn)和制造過程中雖然存在著比較嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，但都可以通過開展清潔生產(chǎn)審核加以解決。清潔生產(chǎn)能夠在源頭監(jiān)管和過程控制中大大削減污染物的產(chǎn)生，同時(shí)起到了成本控制、技術(shù)優(yōu)化和管理創(chuàng)新等作用，極大地提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，必須在光伏行業(yè)廣泛推廣清潔生產(chǎn)及清潔生產(chǎn)審核。

（3）通過案例分析，充分說明了開展清潔生產(chǎn)可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。值得強(qiáng)調(diào)的是，通過技術(shù)改造對(duì)空壓機(jī)產(chǎn)生的熱能和脫膠水回收利用具有簡(jiǎn)單可行和經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益明顯等特點(diǎn)，可作為一般光伏硅切片企業(yè)清潔生產(chǎn)審核的中/高費(fèi)方案。

（4）隨著第三次工業(yè)革命的到來，新能源和可再生能源將在未來社會(huì)中扮演著至關(guān)重要的角色。光伏企業(yè)應(yīng)以清潔生產(chǎn)作為生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵措施，不斷推動(dòng)企業(yè)清潔化生產(chǎn)，以保障企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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