多晶硅電池生產含氮廢水零排放工程案例介紹

張水水

（上海晶宇環境工程股份有限公司，上海 200439）

多晶硅電池生產含氮廢水零排放工程案例介紹

張水水

（上海晶宇環境工程股份有限公司，上海 200439）

采用預處理+反滲透工藝+蒸發結晶工藝結合，對多晶硅電池片生產含氮廢水進行處理，使含氮廢水形成閉路循環，實現廢水零排放。實際工程運行結果表明：多晶硅電池片生產含氮廢水經過零排放工藝處理，回用水質穩定，優于業主給定指標，回用于車間超純水制備系統，水中溶解物質形成化學污泥及雜鹽，委外處置，生產應用可行。

多晶硅電池片；反滲透；多效蒸發；廢水零排放

江蘇省張家港市經濟開發區某光伏科技有限公司在光伏電池生產過程中會產生大量的生產廢水，主要分為含氟廢水、含氮廢水。由于地處太湖流域，當地不允許含氮廢水外排，該公司投資建設一套含氮廢水零排放裝置，將含氮廢水處理后，主要指標優于當地自來水水質，回用到車間化水站制備超純水，水中溶解物質通過化學污泥及最終蒸發結晶成雜鹽，委外處置，最終實現含氮廢水的零排放，滿足當地環保要求，為企業立足張家港市提供有利保障。

1 生產排水分析

本企業主要采用多晶硅片生產多晶電池片，主要生產工藝如下：清洗制絨+磷擴散+刻蝕+鍍減反射+絲網印刷+燒結+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

含氮廢水零排放處理系統處理能力為680 m3/d.根據設備供應商資料及同類廢水經驗，設計進水水質如表1所示。根據業主要求及當地自來水水質指標，設計回用水水質指標如表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

表2 回用水水質

圖1 含氮廢水零排放處理工藝簡圖

3.2 工藝簡述

3.2.1 調節池

本工程中，含氮廢水通過廠區的排水管網排入調節池。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，故設調節池1座，對進水量進行調節并均質。

3.2.2 兩級沉淀池

含氮廢水經過調節池均質、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，相關反應機理如下：

經過上述反應，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，相關反應機理如下[3]：

經過上述反應，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。

污泥經排泥泵輸送至板框壓濾機脫水，濾液回流至調節池，二級沉淀上清液自流進入pH調節反應格，投加鹽酸將pH回調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，保障后續反滲透的安全穩定運行。炭濾是一種較常用的水處理設備，作為水處理脫鹽系統前處理，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，產水進入反滲透1，樹脂軟化器定期再生，再生廢水回流至調節池循環處理。

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。抗污染苦咸水反滲透系統對TDS截留率在97%左右，因此反滲透1產水約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%），其反滲透產水硝酸根達不到回用要求。故反滲透1產水進入反滲透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。抗污染海水淡化反滲透系統對TDS截留率在98%左右，因此反滲透2產水約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結晶流程，實現廢水零排放。

3.2.7 反滲透3

反滲透1、反滲透2產水通過中轉進入反滲透3，由于反滲透3進水未反滲透產水，故采用普通反滲透膜元件，反滲透3產水水質達到回用標準回用，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 蒸發結晶單元

反滲透3濃水通過水泵提升，經末效二次蒸汽預熱升溫后，進入一效加熱器分離器內，然后通過大流量強制循環泵將物料不停循環，濃度達12%左右；接著由循環泵抽入二效分離器內，通過大流量強制循環泵將物料不停循環，濃度達23% ；物料由循環泵抽入三效分離器內，然后通過大流量強制循環泵將物料不停循環，使其物料濃度達到40%以上；一二三效分離結晶器下部設有析晶腿，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晶器中，結晶器晶漿進入離心機內，固液分離。濾液回流至蒸發結晶單元，固體雜鹽通過噸袋包裝后外運處置。

4 主要構筑物及設備

4.1 調節池

調節池：共1座，池體尺寸9.0 m×5.0 m×5.5 m，有效水深5 m，鋼筋混凝土結構，水力停留時間8 h，池內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，沉淀池設計表面負荷1 m3/m2·h。設置石灰反應格、PAC反應格、PAM反應格、碳酸鈉反應格、pH回調反應格，各反應格設置反應攪拌機，沉淀池各設置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，設計流速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，設計流速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，設計流速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，定期再生。

4.5 反滲透

為節省占地，3套反滲透系統設計在1套膜主機上，膜主機尺寸3.0 m×7.0 m×3.5 m；反滲透1膜主機設計采用抗污染苦咸水反滲透42支，設計進水33.3 m3/h，設計通量＜18 LMH，設計回收率＜75%；反滲透2膜主機設計采用抗污染海水淡化反滲透12支，設計進水8 m3/h，設計通量＜15 LMH，設計回收率＜70%；反滲透3膜主機設計采用普通反滲透36支，設計進水37 m3/h，設計通量＜22 LMH，設計回收率＜85%。

4.6 蒸發結晶單元

蒸發結晶單元設計處理規模進水3 m3/h，一效換熱面積90 m2，配套分離器，并設有循環泵1，循環流量400 m3/h，揚程7 m；二效換熱面積48 m2，配套分離器，并設有循環泵2，循環流量200 m3/h，揚程6 m；三效換熱面積50 m2，配套分離器，并設有循環泵3，循環流量200 m3/h，揚程6 m；配置冷凍結晶器、離心機。

5 調試及運行結果

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

表3 回用水運行數據整理表

6 主要經濟指標與環境效益

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。

廢水經處理后，每年可節約22萬t自來水，且系統不對外排廢水，具有極大的社會效益。

7 結論

（1）采用兩級沉淀+砂濾+炭濾+樹脂軟化+反滲透+蒸發結晶實現多晶電池片生產含氮廢水零排放技術上是可行的，工程占地面積小，處理效果穩定。

（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，并與后續樹脂軟化配合，降低后續反滲透系統結垢風險，確保反滲透安全穩定運行。

（3）通過多套反滲透組合設計，確保回用水達標回用的同時，對廢水進行濃縮，減少蒸發結晶系統處理規模，降低整體投資運行費用（蒸發結晶系統噸水投資及運行費用均較高）。

1 于皓潔，林 立，姚雁林.多晶制絨工藝與設備的研究[J].電子工業專用設備，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。