淺談單晶硅太陽能電池片生產(chǎn)中的生產(chǎn)污水及污水處理

摘要：太陽能電池做為一個綠色無污染的新型產(chǎn)品，現(xiàn)應廣泛應用于各個行業(yè)。由于其綠色無污染的特點，受到社會各界的廣泛推廣，擁有良好的前景。受市場引導，生產(chǎn)企業(yè)也層出不窮。如何在生產(chǎn)工程中，如何回收利用生產(chǎn)污水，達到減少污水排放，節(jié)約水資源的目的，正是本文所探討的問題。

關鍵字：單晶硅；太陽能電池；生產(chǎn)污水；回收處理

1 單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)廢水濃度和性質(zhì)分析

1.1 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝流程

硅太陽能電池生產(chǎn)中在腐蝕清洗、去磷硅玻璃和石英管清洗等工藝過程中須使用KOH、IPA、鉻酸、HF、HCl、H2SO4等化學藥品，相應的產(chǎn)生含IPA濃廢液廢水和含氟廢液廢水、含鉻廢水。硅太陽能電池的主要生產(chǎn)工序如下：

清洗：清洗的主要目的是去除硅片上的污物。制絨：硅晶太陽能電池的制絨工藝是加入鉻酸或HNO3、HF、H2SO4的強氧化性溶液將切割后硅片上的污物清除，在硅片上形成減反織構。

擴散：磷擴散是在硅片表層摻入純雜質(zhì)原子的過程。刻蝕、去PSG：利用HF溶液對硅片邊緣進行腐蝕，去除硅片邊緣的PN結。去PSG是對刻蝕后硅片上的磷硅玻璃用氫氟酸等清洗的方法進行清除。

等離子化學氣相沉積(PECVD)：PECVD被使用來在硅片上沉積氮化硅材料。

絲網(wǎng)印刷：是通過絲網(wǎng)印刷機將銀漿或鋁漿等導電材料印刷在硅片上。

燒結：該工序通過高溫合金的過程，使印刷上的金屬電極與硅片連接更牢固。

1.2 單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)流程中的污水產(chǎn)生

測試、包裝、入庫：對電池片的性能指標進行測試，合格則包裝入庫。

2 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)廢水處理工藝設計分析

2.1 硅太陽能電池生產(chǎn)的含氟廢液廢水處理工藝分析

目前常用的含氟廢水處理工藝主要有吸附法和沉淀法。

吸附法是指含氟廢水流經(jīng)接觸床，通過與床中固體介質(zhì)進行離子交換或化學反應，去除氟化物。此法只適用于低濃度含氟廢水或經(jīng)其他方法處理后氟濃度降至10～20mg/L的廢水。此外，還有冷凍法、離子交換樹脂除氟法、超濾除氟法、電滲析等，但因處理成本高，除氟效率低，至今多停留在實驗階段，很少推廣于工業(yè)含氟廢水治理。

沉淀法是除氟工藝中應用最廣泛、適宜于處理高濃度含氟廢水的一種主要方法。常用的沉淀劑有石灰、電石渣、白云石、明礬及可溶性鈣鹽等，傳統(tǒng)處理方法是采用Ca(OH)2進行中和反應，生成難溶的氟化鈣，以固液分離手段從廢水中去除。但由于在25℃時，CaF2在水中的飽和溶解度為16.5mg/L，其中F－占8.03mg/L。即使暫不考慮處理后出水帶出的CaF2固形物，也無法達到現(xiàn)行國家廢水排放標準10mg/L。加大Ca(OH)2用量不但帶來過量的堿度和硬度，造成新的污染，而且余氟濃度也很難降到10mg/L以下。同時除氟的沉淀過程中受各種反應條件影響如pH值、加藥量、反應時間等，單純鈣鹽沉淀難以保證去除率達到要求。

硅太陽能電池的含氟廢液廢水設計中常采用的工藝是鈣鹽沉淀+鋁鹽吸附混凝沉淀的二級除氟工藝。工藝設計在投加Ca(OH)2形成氟化鈣鹽沉淀的同時，還添加CaCl2。在Ca(OH)2沉淀氟離子的同時中和pH，反應過程中pH控制在8.0～8.5左右沉淀效果較好，要使氟離子排放能夠達標，CaCl2通常是過量投加的，一般在2倍～3倍左右。

考慮到鈣鹽與氟離子產(chǎn)生的氟化鈣沉淀是一種微細的結晶，沉淀效果不佳。故通常在加入鈣鹽的基礎上加入混凝劑和絮凝劑，可以保證氟化鈣鹽的沉淀效果。常用的鋁鹽混凝劑主要有硫酸鋁、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁，均有良好的混凝除氟效果。

2.2 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)的含IPA濃堿廢液廢水處理工藝分析

單晶硅太陽能電池有機生產(chǎn)廢水有IPA廢液和濃度較低的IPA廢水。主要的有機污染物為異丙醇（IPA）。其BOD5/CODCr>0.6，COD濃度較高。濃堿廢液中所含IPA濃度約在25000mg/L，COD濃度高達50000mg/L。IPA廢水所含IPA濃度約在1000mg/L左右，COD濃度約為3000mg/L。兩者如果混合在一期排放，混合后的廢水COD濃度在5000mg/L左右。

含IPA廢水處理工藝有蒸餾法，厭氧好氧生物處理法等。有相關文獻[2]介紹采用蒸餾、精餾、吸附組合工藝回收環(huán)酯草醚工藝廢水中的異丙醇，通過程序升溫控制熱媒與物料溫差在17～20℃對廢水進行蒸餾預處理，再經(jīng)過精餾和吸附處理后，得到的異丙醇含量不低于98.5%，含水率不超過0.5%，總收率大于82.2%，回收效果非常明顯。但此工藝耗能較大，運行成本較高。如含IPA廢液和含IPA廢水分開收集至廢水處理站，由于IPA濃堿廢液流量不大，含IPA的濃度也較高，采用精餾工藝經(jīng)濟可行的。

低濃度IPA廢水由于濃度不高，采用精餾工藝處理效果不明顯，且能耗大。硅太陽能電池生產(chǎn)廢水中排出的異丙醇廢水BOD5／COD約為0.40，COD濃度在3000mg／L左右，通常采用好氧工藝處理。

研究表明水解酸化具有提高異丙醇廢水可生化性的功能[3]，水解酸化處理后BOD5／COD提高至0.50左右，在進水COD為2000～3000mg／L條件下，采用水解酸化-好氧生化工藝處理，COD總?cè)コ士蛇_90%左右，BOD5

總?cè)コ士蛇_95%左右。

2.3 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)的含鉻廢液廢水處理工藝分析

含鉻廢水的處理最常用的方法有還原沉淀法、電解法沉淀法、膜分離法、生物法等；其中還原法、電解法沉淀法運用較多，工藝成熟，運行穩(wěn)定。生物法治理含鉻廢水，國內(nèi)外都是近年來開始的，目前主要運用在于大、中、小型電鍍廠的廢水處理。

目前在硅太陽能電池生產(chǎn)廢水處理中運用較多的是還原沉淀法，該法是利用硫酸亞鐵、亞硫酸鹽等還原劑將廢水中六價鉻還原成三價鉻離子，并調(diào)整pH值，使三價鉻形成氫氧化鉻沉淀除去。還原沉淀法在加亞硫酸鹽進行還原的過程中會產(chǎn)生大量的酸性氣體。設計應設置廢氣收集裝置和廢氣洗滌塔對酸性氣體進行處理后排放。還原沉淀法通常在第一反應池中先將廢水用硫酸調(diào)pH值至2～3，再加入還原劑，在下一個反應池中用NaOH或Ca(OH)2調(diào)pH值至7～8，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝劑，使Cr(OH)3沉淀除去。

2.4 酸霧洗滌塔排水處理工藝分析

酸霧塔排水中含有IPA、HF、HCl、NaOH等污染因子。廢水中的氟離子≤800mg/L，COD≤1000mg/L，因流量較小，且氟離子的排放標準較嚴，一般將酸霧塔排水接入一般含氟廢水調(diào)節(jié)池進行除氟處理。

2.5 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)廢水回用工藝分析

在硅太陽能電池生產(chǎn)廢水中，含IPA的濃堿廢液和濃氟廢水中污染物的濃度較高，經(jīng)處理后其中仍含有較高濃度的污染物，將其進入膜系統(tǒng)處理回用會加重膜系統(tǒng)的污染程度，縮短膜元件的使用壽命，直接增加了廢水回用的成本，而且會影響膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此建議濃氟和濃堿廢水單獨達標處理后直接外排，不作為回用原水。

回收率是回用水系統(tǒng)設計中一個關鍵指標。設定時要考慮原水中含有的難溶解性鹽的析出極限值(飽和指數(shù))、給水水質(zhì)的種類和產(chǎn)水水質(zhì)。通常，單位面積產(chǎn)水量J和回收率R設計的過高，發(fā)生膜污染的可能性大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗膜系統(tǒng)的頻率會增多，維護系統(tǒng)正常運行的費用增加。所以，在進行設計系統(tǒng)時，在條件可能的條件下，希望寬余的設計產(chǎn)水通量和回收率。

目前市場上多數(shù)膜廠家的建議回收率一般在70％～75％左右比較合適，這樣使膜元件在經(jīng)濟狀態(tài)下使用，可以延長膜的使用壽命。根據(jù)筆者的統(tǒng)計，光伏行業(yè)低污染水如一般酸堿、含氟廢水、冷卻塔排污水和RO濃水中污染物濃度較低，占總排放量的70％左右。經(jīng)達標處理后其中污染物濃度已經(jīng)非常低，適合作為回用水。這種低污染水通過大通量超低壓反滲透膜后回收率可定在75％，那廢水的總回用率就在75％×70％＝52.5％，也就是說，通常廢水回用控制在50％左右，在目前的排放標準要求下是比較經(jīng)濟合理的。

通常廢水回用可以按照如下工藝：廢水處理出水→回用原水池→原水泵→多介質(zhì)過濾器→超濾裝置→增壓泵→活性炭吸附→離子交換→保安過濾器→高壓泵→反滲透→回用水箱。

3 結語

單晶硅太陽能電池已經(jīng)越來越多的運用在社會的各行各業(yè)，已經(jīng)成為綠色新能源的代名詞。對電池生產(chǎn)過程中排放的廢水污染進行及時恰當?shù)目刂疲e極承擔相應社會責任也進入硅電池產(chǎn)業(yè)前的必修課。

參考文獻

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[4]周建民，張國嶺等.光伏電池單晶硅生產(chǎn)廢水處理工程實例[J].水處理技術.200935（4）：116～119

[5]李金輝，杜朝軍，劉錦.利用聚合氯化鋁