摘要： 本文介绍了单晶硅棒在开断、研磨成硅片生产过程中产生的废水水质及特征。针对该废水特点，采用以生物处理为主，多项预处理为辅的工艺，即气浮—水解酸化-接触氧化处理工艺。实际工程运行结果表明，该处理工艺处理效率高，处理出水COD、BOD、SS分别为53mg/L,14.5mg/L,47.2mg/L， pH 7.41，超过设计指标和《辽宁省污水综合排放标准》(DB21/1627-2008)标准要求。
关键词： 单晶硅片生产废水，气浮， 水解酸化， 接触氧化
Abstract: this paper introduces the silicon rods in the open circuit, grinding into silicon wafer production process and characteristics of wastewater quality of produce. According to the characteristics of wastewater, the biological treatment is given priority to, a number of pretreatment, supplemented by technology, namely floating-hydrolysis acidification-contact oxidation process. The actual engineering operation results show that the treatment process of high efficiency, water treatment of COD, BOD, SS were 53 mg/L, 14.5 mg/L, 47.2 mg/L, pH 7.41, more than design indexes and the liaoning province integrated wastewater discharge standard "(DB21/1627-2008) the standard.
Keywords: monocrystalline silicon slice production waste water, floating, hydrolysis acidification, contact oxidation
中图分类号： X703 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
某太阳能硅材料企业的主导产品为太阳能电池用的单晶硅棒、硅片。是国内唯一一家获得太阳能电池用单晶硅锭国家免检产品殊荣，集科研、生产、销售为一体在香港联交所主板上市的高新技术企业。近几年，随着国际太阳能电池产销量、需求量的飞速增长，2010年该公司异地新建年产2000吨硅单晶4000万片硅片工程项目。该项目日排单晶硅片生产加工废水3000吨，采用预气浮—水解酸化-接触氧化处理工艺。实际工程运行结果表明，该处理工艺处理效率高，处理出水COD、BOD、SS等指标超过设计指标和《辽宁省污水综合排放标准》(DB21/1627-2008)的要求。
2.废水水质水量
2.1废水来源及特征
废水主要来自单晶硅片生产过程，即开断、滚圆、研磨过程产生的废水，预清洗废水，脱胶废水，超声波清洗废水及制高纯水产生的废水等。废水中主要含有无机单晶硅粉末、碳化硅、聚乙二醇，还含有少量氢氟酸和表面活性剂，水质波动性大，废水有机物浓度较高，氮、磷含量低，可生化性差。
2.2废水水质水量
根据该企业的生产规模和提供的有关资料，本工程设计水量为3000m3/d。进水水质经多次监测分析确定。污水处理站进水水质表见表1.
表1 进水水质表
Tab.1 Water quality of inlet
|
项目 |
CODcr |
BOD5 |
SS |
NH3-N |
石油类 |
pH |
|
进水 |
2500 |
300～350 |
400 |
2.3 |
0.68 |
6～7 |
2.3废水排放标准
根据环保要求及该企业所处地理位置，处理后的废水排入开发区的城市污水处理厂，排放标准执行《辽宁省废水综合排放标准》(DB21/1627-2008)中的要求。
3. 处理工艺
3.1工艺流程
该废水中主要含有聚乙二醇及表面活性剂和细小颗粒物，属于可生化性差的废水，其水量变化也较大，对生化处理产生的影响很大，为了保证生化处理效果的高效、稳定，必须在生化处理前设置必要的预处理过程，通过预处理降低污染物有机负荷，即最大程度地去除废水中的细小颗粒物、表面活性剂同时进一步提高废水的可生化性。以保证后续生化处理的正常可靠运行。工艺流程见图1。
3.2工艺简述
生产车间排出的污水首先经污水渠沉淀部分悬浮物后进入污水处理站，在污水渠内设置平板格栅拦截水中的固体污染物，防止堵塞污水提升泵，减轻后续处理构筑物的负荷。
进入污水站的污水首先进入集水池，在集水池内设置液位控制仪，控制污水提升泵在高液位开泵，低液位停泵。集水池内污水通过污水提升泵提升至调节沉淀池，在泵出口管道上安装管道混合器，并加入混凝剂和助凝剂。调节沉淀池沉淀混凝反应生成的絮状物并均衡水质水量。调节池内污水通过提升泵提升至气浮池，通过管道混合器在气浮池前端加入混凝剂(PAC)和助凝剂(PAM)，通过气浮进一步去除污水中的细小悬浮物和表面活性剂。气浮池出水进入水解池，在兼性菌和产酸微生物的作用下，将水中的大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，提高污水的可生化性。水解池出水自流至接触氧化池，调试初期在氧化池进水端加入营养盐(尿素和磷酸二铵)，调整废水的C、N、P的比值，并在鼓风曝气作用下，利用好氧微生物将污水中的有机物降解去除。氧化池出水进入平流式二沉池，在沉淀池内沉淀氧化池出水中挟带的部分脱落生物膜。沉淀池出水达标排放。
二沉池产生的污泥一部分回流至水解池和接触氧化池，一部分泵入贮泥池。调节沉淀池和气浮池产生的浮渣定期排入贮泥池，贮泥池内污泥泵入离心脱水机脱水，产生的泥饼定期外运有资质的单位处置。
4.主要建构筑物及设计参数
4.1格栅
在排水渠内设置三道平板格栅拦截固体杂质，防止泵的阻塞和损伤，减轻后续处理构筑物的负荷。平板格栅为不锈钢材质，尺寸为1.0m×1.0m。
4.2调节池
调节池用以调节水量、均化水质，使后续处理工艺在相对稳定的条件下运行。调节池底部设置污泥斗，沉淀污泥定期排至贮泥池。
调节池采用半地上钢混结构，地上高2.0m。有效容积1485m3。
在调节池内安装污水提升泵3台(2用1备)，污泥泵3台，液位控制器1套。
4.3气浮系统
采用高效溶气气浮，通过高压回流溶气水减压产生大量的微气泡，进行固-液或液-液分离。同时利用管道混合器给气浮机投加混凝剂和助凝剂提高固-液分离效果。
JF-70型高效溶气气浮2台，DN200×L1100mm管道混合器2个。
4.4水解酸化池
水解酸化池采用多点布水的方式进水，将废水均匀地分配到整个池底，出水也采用表面多点收集，保证池面均匀出水。水解池上进下出的独特结构，具有水利搅拌功能，使池内污泥处于悬浮状态，大大提高水解菌酸化菌的水解效率。
水解池1座，采用半地上钢混结构，有效容积1512m3,地上高1.5m。池内安装QJB型(中速)推流搅拌器2台。
4.5接触氧化池
接触氧化池内填加对微生物无毒害、易挂膜、质轻、高强度、抗老化、比表面积大和空隙率高的组合填料，池底布置高效传氧速率的球冠型微孔曝气器。有效容积3300m3,分三序列运行,钢混结构，地上高1.5m。球冠型微孔曝气器2256套。填料2268m3。
4.6二沉池
平流沉淀池2座，主要是分离接触氧化池出水中携带的悬浮污泥。停留时间3小时。半地上钢混结构，地上高1.0m。每座沉淀池内安装一台行车式刮泥机和一台污泥回流泵。
5.工程运行情况
污水处理站24h连续运行，三日连续监测结果的水质平均值见表3。
表3 验收监测结果
Tab.3 Determination results
|
项目 |
CODcr
(mg/L) |
BOD5
(mg/L) |
SS
(mg/L) |
pH |
|
进口均值 |
2370 |
325 |
400.5 |
6.25 |
|
出口均值 |
53.0 |
14.5 |
47.2 |
7.41 |
从表3监测结果可以看出，监测结果大大低于标准值。在实际运行中发现，水解池对CODcr的去除率为25%左右，废水的B/C值升至0.35～0.38，大大提高了废水的可生化性。该处理系统在进水负荷发生变化时，也能够保证出水稳定达标排放。
6.工程经济分析
该工程总投资670万元。2010年9月动工兴建，2011年4月竣工。现以达标排放。聚丙稀酰胺用量为3kg/d，聚合氯化铝用量为150kg/d，吨水处理费用为0.83元/m3。
7结论
采用混凝调节沉淀、气浮相组合的二级加药预处理系统，降低了废水中的硅粉和碳化硅等无机颗粒以及表面活性剂，对生化处理系统的影响。
水解酸化工艺对COD、SS有一定的去除率，同时明显提高BOD5/CODcr值。改善了废水的可生化性，出水水质能稳定达到《辽宁省废水综合排放标准》(DB21/1627-2008)标准，大大降低了向水体环境中排放污染物的总量。目前该处理系统已成功运行，并取得了良好的环境效益和社会效益。
生物为主，预处理为辅的工艺，无二次污染，其技术经济指标先进，经济效益、社会效益、环境效益十分明显。适应在该行业废水处理中广泛推广应用。
参考文献：
[1]张自杰主编 张忠祥主审 钱易 章非娟副主编.环境工程手册(水污染防治卷)[M].北京：高等教育出版社，1996.
[2]张忠祥 钱易主编 顾夏声 胡纪萃审.废水生物处理新技术[M]. 北京：清华大学出版社，2004.
[3]王凯军 贾立敏编.城市污水生物处理新技术开发与应用 ——水解-好氧生物处理工艺[M].北京：化学工业出版社，2001.
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文章名称：
太阳能单晶硅片生产废水处理工程设计与运行
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