集成技術(shù)處理光伏行業(yè)生產(chǎn)廢水工程實例

馮麗霞 ，牟 潔 ，魏 錚 ，王亞曉 ，趙 藝 ，張 儒

（1.天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計有限公司，天津300191；2.天津市環(huán)境保護技術(shù)開發(fā)中心設(shè)計所，天津300191）

天津市某半導(dǎo)體有限公司是以生產(chǎn)半導(dǎo)體分立器件和半導(dǎo)體硅材料為主的高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品有高壓硅堆、硅材料等。由于生產(chǎn)工序復(fù)雜、原料種類繁多，產(chǎn)生了大量性質(zhì)不同的生產(chǎn)廢水。在綜合分析生產(chǎn)廢水的進(jìn)水水質(zhì)、特點及出水排放要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合同類廢水站的實踐經(jīng)驗，提出了分類收集—分質(zhì)預(yù)處理—集中生化處理的處理思路。根據(jù)特征污染物類型將廢水分為有機廢水、顆粒廢水、含氟廢水等，選擇鈣鹽沉淀法+高密度沉淀池處理含氟廢水；預(yù)調(diào)節(jié)沉淀池+板框壓濾機處理顆粒廢水；水解酸化+生物接觸氧化+活性砂過濾處理綜合廢水。

1 廢水水量及水質(zhì)

廢水進(jìn)水水量、進(jìn)水水質(zhì)及處理系統(tǒng)出水水質(zhì)限值見表1。

表1 進(jìn)水水量、進(jìn)水水質(zhì)及處理系統(tǒng)出水水質(zhì)限值

由表1可知，廢水具有以下特點：（1）各類廢水典型污染物各不相同，污染成分復(fù)雜；（2）含氟廢水氟化物濃度高，同時，由于醋酸的使用，導(dǎo)致COD較高；（3）有機廢水 COD 高，其余污染物濃度低；（4）由于顆粒廢水中含異丙醇等，導(dǎo)致懸浮物濃度高，同時有機物濃度高。

2 廢水處理工藝

2.1 工藝流程及介紹

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

綜合考慮以上各類廢水水質(zhì)差別較大，采用分類收集—分質(zhì)預(yù)處理—集中生化處理的處理思路進(jìn)行設(shè)計。

（1）含氟廢水預(yù)處理。含氟廢水總體呈酸性，為避免對設(shè)備及池體造成腐蝕，首先將pH粗調(diào)至中性，后自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行儲存及調(diào)節(jié)。除氟采用鈣鹽沉淀法，通過NaOH精調(diào)pH，達(dá)到最佳反應(yīng)條件后，加入CaCl2，與F-化合形成CaF2沉淀。由于CaF2的溶度積限制了其對F-的去除，且CaF2的沉降速度緩慢，通過投加混凝劑，產(chǎn)生絮凝體吸附CaF2，并使其快速沉降，從而獲得較好的除氟效果〔1〕。沉淀池選用高密度沉淀池，沉淀出水進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)池。

（2）預(yù)沉調(diào)節(jié)池。顆粒廢水中含有大量的碳化硅及硅粉顆粒，由于顆粒密度較大，沉降性好，故調(diào)節(jié)池兼做重力沉淀池，上清液進(jìn)入濾液收集池，下層污泥泵入板框壓濾機，脫水后濾液自流至濾液收集池。顆粒廢水中懸浮固體基本去除，進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)池。

（3）綜合處理系統(tǒng)。含氟廢水及顆粒廢水經(jīng)預(yù)處理后與有機廢水混合，進(jìn)行生化處理?；旌蠌U水具有有機物濃度高、可生化性差的特點〔2〕，故設(shè)置水解酸化池，用于提高廢水可生化性，生物接觸氧化池進(jìn)行有機物降解。

（4）活性砂濾池。經(jīng)過前端處理，各類廢水中的主要污染物均已基本去除，但是由于生產(chǎn)的不確定性導(dǎo)致水質(zhì)存在一定波動，故設(shè)置活性砂濾池，進(jìn)一步去除二沉池出水殘留的污染物，確保SS、COD、氟化物等指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.2 工藝特點

（1）含氟廢水調(diào)節(jié)池不設(shè)置機械混合，通過池體四周出水堰，通過跌水進(jìn)行水力混合及均勻布水，強化廢水混合效果。

（2）鈣鹽沉淀法除氟，采用CaCl2及NaOH為除氟藥劑，同時投加PAM及PAC進(jìn)行絮凝，利用率高、污泥產(chǎn)量小、對氟化物的去除效率高；高密度沉淀池設(shè)置污泥外循環(huán)，污泥從濃縮區(qū)到反應(yīng)池，使耗藥量低于其他的沉淀裝置達(dá)10%～30%。抗水質(zhì)、水量沖擊能力強〔3〕。

（3）由于顆粒廢水間斷排水的特點，將重力濃縮與調(diào)節(jié)池功能合并，節(jié)省占地、提高處理效率，同時降低板框進(jìn)水的污泥含水率、節(jié)省能耗。

（4）針對進(jìn)水懸浮物特別高的情況，采用板框過濾作為第一步處理預(yù)處理，有效降低了水中雜質(zhì)，為后續(xù)處理工藝提供條件。

（5）由于來水較為復(fù)雜，為提高系統(tǒng)靈活性，設(shè)置機動池，可根據(jù)需要切換至水解酸化模式或生物接觸氧化模式。

（6）活性砂過濾作為水質(zhì)保障措施，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

（7）整個系統(tǒng)采用分質(zhì)預(yù)處理、集中生化處理的處理思路，系統(tǒng)靈活性好、穩(wěn)定強高。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

4 工藝控制要點及系統(tǒng)運行情況

4.1 含氟廢水處理系統(tǒng)藥劑投加量

含氟廢水處理系統(tǒng)屬化學(xué)沉淀法，研究最佳反應(yīng)條件及最適加藥量至關(guān)重要，故以pH、CaCl2、PAC和PAM投加量4個因素進(jìn)行正交實驗，小試確定理論最佳藥劑投加量，以此為基礎(chǔ)結(jié)合現(xiàn)場實際運行過程中連續(xù)檢測結(jié)果，確定最適藥劑投加量，結(jié)論如下：

（1）反應(yīng)最佳 pH 為 8.5～9.5。

（2）廢水中氟化物濃度為 M（F-），按照反應(yīng) 2F-+Ca2+=CaF2↓計算可知CaCl2理論投加量為 1.49M（F-）。經(jīng)實驗小試確定，最佳氯化鈣過量倍數(shù)為1.8～3.2倍，即CaCl2投加量與廢水中氟化物濃度存在2.68～4.77的倍數(shù)關(guān)系，可以此為依據(jù)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)計算藥劑投加量。

（3）實驗選定 PAC 投加量為 80～120 mg/L，PAM 2～3 mg/L，在此范圍內(nèi)出水氟化物濃度隨 PAC及PAM投加量增加而降低，當(dāng)PAC投加量為100 mg/L，PAM投加量為2.5 mg/L時，出水氟化物可穩(wěn)定達(dá)到20 mg/L以下，即滿足出水要求。

（4）通過極差計算，各影響因素的主次順序為：pH＞PAM投加量＞CaCl2投加量＞PAC投加量。因此，控制反應(yīng)的pH是去除F-的關(guān)鍵〔4〕。

4.2 顆粒廢水預(yù)沉調(diào)節(jié)池運行歩序

由于顆粒廢水預(yù)沉調(diào)節(jié)池同時具備調(diào)節(jié)池及重力沉淀池的功能，在調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的同時，達(dá)到硅粉及碳化硅的初步沉淀，通過設(shè)置液位計、電動閥門控制兩池輪換；通過泥位計及電動啟閉機控制上清液排出、吸泥工段。以SS為主要預(yù)處理效果考察指標(biāo)，沉淀及壓濾工序的去除效果見圖2。

圖2 沉淀及壓濾工序的SS去除效果

由圖2可知，經(jīng)重力沉淀上清液中SS仍較高（約360 mg/L），沉淀污泥經(jīng)板框壓濾處理后，濾液SS可降至100 mg/L以下，濾液與上清液混合后，進(jìn)入后續(xù)絮凝沉淀工段。

4.3 機動池運行模式切換

機動池中同時設(shè)置曝氣設(shè)施及缺氧攪拌設(shè)備，水解酸化池停留時間可調(diào)節(jié)為6.2、9.1、12.4 h這3種模式。通過日常對進(jìn)水及出水COD、BOD的檢測，切換機動池運行模式，以達(dá)到處理效果穩(wěn)定可靠，協(xié)同處理作用顯著的目的〔5〕。

5 運行效果

污水站運行1 a以來，氟化物、COD的檢測值見圖3。

由圖3可知，污水站運行1 a以來，雖然進(jìn)水水質(zhì)波動較大，但各項出水指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，進(jìn)水氟化物及COD表現(xiàn)出明顯且有規(guī)律的低值及峰值，經(jīng)過各類廢水的互相混和調(diào)節(jié)，并與生產(chǎn)部門密切聯(lián)系，污水站同步加強管理，優(yōu)化運行參數(shù)，保障了出水水質(zhì)，取得了良好的處理效果，運行數(shù)據(jù)見表3。

圖3 氟化物、COD檢測值

表3 運行數(shù)據(jù)分析

6 經(jīng)濟指標(biāo)及環(huán)境效益分析

（1）噸水處理費。噸水處理直接費包括動力費、藥劑費及人工費。該工程裝機容量為82 kW，近1 a實際使用電量日平均值為1 338 kW·h/d，電價為0.9元/（kW·h），水量按 1 a內(nèi)平均值 780 t/d計算，則噸水電費為1.54元；噸水藥劑費0.95元，合計為2.49元。

（2）環(huán)境效益。本工程投產(chǎn)后每年可減少COD排放量為216 t；減少氟化物排放量為23.54 t；有力地保護了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，具有重大的環(huán)境效益和社會效益。

7 結(jié)論

通過1 a的穩(wěn)定運行，整個工藝對COD及氟化物等污染物均可實現(xiàn)有效去除。總體來看，分類收集—分質(zhì)預(yù)處理—集中生化處理的處理思路具有良好的適用性，鈣鹽沉淀法+高密度沉淀池處理含氟廢水，預(yù)調(diào)節(jié)沉淀池+板框壓濾機處理顆粒廢水，水解酸化+生物接觸氧化+活性砂過濾處理綜合廢水工藝針對性強、處理效果好，工程設(shè)施投運以來運行穩(wěn)定、操作簡便，同時能夠取得很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，在光伏行業(yè)水處理領(lǐng)域具有良好的適用性，值得推廣。