為應對能源緊缺、全球氣候變暖等挑戰，太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種可再生能源來(lái)替代化石能源已是大勢所趨。我國的光伏行業(yè)近年來(lái)也進(jìn)入快速發(fā)展期，光伏廢水處理日益受到關(guān)注。硅片生產(chǎn)環(huán)節是光伏產(chǎn)業(yè)的主要廢水產(chǎn)生來(lái)源之一。硅片生產(chǎn)廢水主要包含高濃度有機物(主要來(lái)源為切割冷卻液、脫膠劑和清洗劑)和懸浮物(主要為硅粉)。切割液有機物濃度高，且含有大量的硅粉，生化性很差；脫膠廢水有機物濃度和硅粉含量都很高，但生化較好；清洗廢水中有機物和硅粉都不高，但含有表面活性劑和雙氧水，具有抑菌性和生化毒性。一般采用混凝沉淀、氣浮預處理去除硅粉，并采用鐵炭微電解和水解酸化等手段改善和提高生化性后進(jìn)行好氧處理，基本可以達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)三級標準，但仍然存在填料板結，或生化池硅粉沉積、占地面積大、處理后廢水不能回用等問(wèn)題。

某硅材料有限公司擬擴建年產(chǎn)1.15GW單晶硅片生產(chǎn)線(xiàn)，采用線(xiàn)徑更細的金剛線(xiàn)工藝而不是傳統的砂線(xiàn)切割工藝，導致廢水中含有大量難以沉降的超細硅粉，且由于生產(chǎn)工藝對切割冷卻液的要求，采用專(zhuān)利了的切割冷卻液配方，不再使用單一的聚乙二醇(PEG)，生化性更差?，F有污水處理站處理能力滿(mǎn)足不了新的水量、水質(zhì)要求，擬新建污水處理站，替代現有污水處理站。

1、廢水來(lái)源

該項目設計廢水進(jìn)水包含經(jīng)過(guò)板框壓濾的切割液廢水、脫膠廢水、清洗廢水、插片廢水、其他污水和生活污水。其中，插片廢水和清洗水的溢流廢水COD較低，可直接達標排放，主要超標污染物為硅粉引起懸浮物。根據水質(zhì)特性，分為有機廢水和含硅廢水，處理規模分別為2400m3/d和1400m3/d，各股廢水設計水量和進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

尾水排放標準執行《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標準》(DB61/224-2011)二級標準，同時(shí)滿(mǎn)足總量控制標準。具體指標值見(jiàn)表2。

為了滿(mǎn)足工藝清潔生產(chǎn)的要求，該工程還需對有機廢水進(jìn)行處理并作為純水的原水補水進(jìn)行回用。中水回用量要求為1200m3/d，要求系統整體回收率為50%，TDS≤500mg/L。

2、工藝設計

2.1 設計思路分析

2.1.1 分道分級處理

含硅廢水水量較大，硅粉含量較高而有機污染物較少，可簡(jiǎn)單處理后即可滿(mǎn)足排放要求。如果進(jìn)行生化處理，則增大生化處理單元的規模，工程造價(jià)上升，并且因為硅粉含量較多，會(huì )加速膜系統的堵塞。因此含硅廢水不與有機廢水混合處理，其單獨處理后在于處理后的有機廢水混合排放。

為滿(mǎn)足業(yè)主對中水回用量及回收率的要求，有機廢水生化處理后不能直接排放，而需要全部進(jìn)入中水系統，然后以RO濃水的形式來(lái)排放?？紤]RO系統的濃縮效應、含硅廢水的混合排放效應的影響，生化出水需要進(jìn)一步降低。經(jīng)測算，需要控制生化出水COD控制在≤50mg/L，則RO濃水COD可控制≤100mg/L，總排口(與含硅廢水混合)COD一期時(shí)可控制在<200mg/L，二期時(shí)可控制在<150mg/L，滿(mǎn)足排放要求，并可保證中水系統的穩定性。

2.1.2 項目分期設計

考慮項目建設初期水量較少，本工程采取設計、土建一次建設完成，設備分兩期建設完成。對有機廢水及中水回用均設計成兩個(gè)系列，每個(gè)系列的處理能力均為1200m3/d，可降低小水量運行時(shí)的動(dòng)力及藥劑費用。

2.1.3 工程流程確定

根據上述廢水分質(zhì)分道分級處理的分析，對硅粉廢水采用混凝氣浮沉淀一體池進(jìn)行處理。對有機廢水，由于廢水的主要有機物來(lái)源為切割液、乳酸和表面活性劑，其中切割液和表面活性劑的生化性差，且具有殺菌性。采用普通生化，所需停留時(shí)間較長(cháng)，且難以達到回用要求，而項目用地非常緊張，必須采用高效的處理工藝通過(guò)前期中試確定，MBR該廢水處理效果較好，能滿(mǎn)足回用的要求。利用膜的高效分離能力，使生化反應池內維持高濃度的微生物量，大幅提高處理負荷，減少構筑物的容積，故主體生化工藝采用MBR工藝。結合類(lèi)似廢水預處理經(jīng)驗，采用“混凝沉淀+厭氧水解沉淀+MBR”工藝進(jìn)行廢水處理，并采用“超濾+反滲透”雙膜法進(jìn)一步理深度處理作為生產(chǎn)用水回用。MBR工藝可確保出水COD≤50mg/L，降低中水膜系統的有機物引起的膜污堵風(fēng)險。

2.2 工藝流程

各段工藝流程如圖1和圖2所示。

2.2.1含硅廢水處理系統

溢流清洗及插片廢水自流至含硅廢水調節池(原事故池)，經(jīng)提升泵泵至混凝氣浮沉淀一體機處理，上清液自流至清水槽，再經(jīng)提升泵至排放檢測池達標排放。混凝氣浮沉淀一體機的浮渣及污泥經(jīng)污泥泵泵至污泥儲池后進(jìn)行后續處理。

2.2.2 有機廢水處理系統

有機廢水自流至格柵集水井，經(jīng)集水井提升泵提升至調節池調節水質(zhì)水量，經(jīng)調節池提升泵提升至混凝池，經(jīng)加藥混凝后自流至混凝沉淀池沉淀大部分懸浮物及硅粉，上清液自流至厭氧池進(jìn)行水解酸化提高廢水的可生化性，厭氧池廢水自流至沉淀池進(jìn)行固液分離，進(jìn)一步沉淀去除硅粉，上清液自流至好氧池進(jìn)行好氧生化處理，去除廢水中大部分的有機物，好氧池出水自流至MBR池進(jìn)一步去除有機物及懸浮物，MBR出水經(jīng)出水自吸泵泵至中水原水池進(jìn)一步進(jìn)行中水處理。混凝沉淀池、厭氧沉淀池、MBR池污泥經(jīng)污泥泵泵送至污泥儲池后進(jìn)行后續處理。

2.2.3 中水回用處理系統

中水原水池廢水經(jīng)提升泵提升至袋式過(guò)濾器，然后進(jìn)入超濾系統，進(jìn)一步去除有機物及懸浮物，超濾濃液自流至排放檢測池，超濾出水自流至中間水槽，經(jīng)提升泵提升后，經(jīng)過(guò)5μm保安過(guò)濾器，然后增壓泵通過(guò)反滲透系統進(jìn)行反滲透處理進(jìn)一步凈化水質(zhì)，反滲透濃液自流至排放水池，反滲透產(chǎn)水自流至RO產(chǎn)水池，作為純水的備用水源。

2.2.4 污泥處理系統

氣浮沉淀一體機污泥、混凝沉淀池、厭氧沉淀池、MBR池污泥經(jīng)污泥泵泵送至污泥儲池后，經(jīng)調質(zhì)后，通過(guò)污泥泵提升至高壓板框壓濾機進(jìn)行污泥脫水壓濾，污泥儲池上清液及板框壓濾液回流至集水井，干泥外運處置。

2.2.5 其他配套系統

1)加藥系統，包括污水處理站的pH調節酸堿加藥系統、PAC加藥系統、PAM加藥系統、MBR清洗藥劑系統以及中水系統的加藥系統。由于引入了生活污水，生化所需補充的氮磷等營(yíng)養元素基本得到保障。額外所需的營(yíng)養藥劑由污水站員工直接投加干粉，不配置加藥系統。

2)除臭系統，含硅廢水調節池、有機廢水集水井、有機廢水調節池、混凝反應池、混凝沉淀池、厭氧池、厭氧沉淀池、好氧池、MBR池、污泥儲池等所有鋼砼池體加蓋，收集臭氣，污泥脫水間等有臭氣產(chǎn)生的房間均收集臭氣，統一輸送至除臭間臭氣處理系統進(jìn)行臭氣處理，處理后的臭氣高空排放。

3、主要工藝單元工程設計

3.1 含硅廢水處理系統

1)含硅廢水調節池。含硅廢水調節池1座，為原事故池利舊，尺寸為9mx4.5mx5m，容積約為

220m，全地下混凝土結構，設置潛水攪拌機1臺，攪拌功率3kW，配套超聲波液位計1臺；設置提升泵2臺，流量70m3/h，揚程11m，1用1備，并在吸水總管上設置引水桶。

2)混凝反應池?；炷磻?/span>1座，2.7mx2.5mx2m，分為三格，碳鋼防腐材質(zhì)，設計最大處理流量，70m/h，反應停留時(shí)間11min。

3)氣浮沉淀一體池。氣浮沉淀一體池1座，含溶氣釋放區、分離區、清水池和污水池，設計處理流量：70m/h，水力表面負荷：3~5m/(m2?h)，設備溶氣水回流比為50%，清水池配套排放泵2臺，流量80m/h，揚程15m。

3.2 有機廢水處理系統

1)有機廢水集水井。有機廢水集水井將自流進(jìn)入污水處理的廢水提升至調節池進(jìn)行均質(zhì)均量。設置1座，設計流量按小時(shí)峰值流量，120m/h，停留時(shí)間：15min，有效容積：30m，設計尺寸為5.0mx3.0mx3.0m。

2)有機廢水調節池。有機廢水調節池為有機廢水均質(zhì)均量的單元，設置1座，停留時(shí)間為12h，設計尺寸為17.34mx8mx7.5m。

3)事故池。事故池為事故排水收集單元，設計收集過(guò)量高濃度的切割液，設置1座，停留時(shí)間，2h，設計尺寸為7.3mx4.4mx7.5m。

4)混凝反應池?；炷磻貫橛袡C廢水的預處理去除部分有機物及超細硅粉，采用3格設計，停留時(shí)間為40min，，單格尺寸為3.2mx2.3mx3.5m。

5)高效沉淀池?；炷磻貫橛袡C廢水的預處理去除部分有機物及超細硅，設置2座，設計表面負荷：0.77m/(m2?h)，單座10.8mx6.0mx7.5m。

6)厭氧池。為提高有機廢水的可生化性，設置厭氧水解池2座，停留時(shí)間8h，單座尺寸為10.8mx5.65mx7.0m。

7)厭氧沉淀池。為充分去除超細硅，避免對MBR產(chǎn)生污堵，設置厭氧沉淀池，對包裹著(zhù)超細硅粉的污泥進(jìn)行分離，避免進(jìn)入MBR系統，設置厭氧沉淀池2座，表面負荷：1.2m3/(m2?h)，單座10.8mx4mx7.0m。

8)好氧池。好氧池為有機物的主要去除單元，設置2座，設計COD負荷：1.5kgCOD/(m?d)，停留時(shí)間：13.5h，單座10.8mx10mx6.5m，設好氧曝氣風(fēng)機3臺(2用1備)，風(fēng)量為19.8m3/min，風(fēng)壓為7mH2O2變頻控制。

9)MBR池?？紤]到有機廢水中含有的硅粉及硅膠等物質(zhì)易導致MBR膜堵塞和污染，MBR池采用獨立膜分離單元，便于清洗。MBR池設置4座，分為兩組。單座6.8mx5.0mx6.5m。設計COD負荷：0.10kgCOD/(m3?d)，設計污泥濃度：10g/L，MBR膜通量為0.17m3/(m2?d)，MBR組件數量：24套，每池內含有6套MBR組件。每池配置膜擦洗鼓風(fēng)機1臺，風(fēng)量為19.8m/min，風(fēng)壓為7mH2O。MBR組件參數：型號為RW400-R；外形尺寸4290mmx2925mmx575mm；膜元件400張；有效膜面積580m2；膜布公稱(chēng)孔徑0.4μm(平均0.2μm)；初始清水過(guò)濾量670L/min(20℃、5kPa)；膜類(lèi)型為平板膜；膜材質(zhì)為氯化聚氯乙烯(CPVC)；膜清洗為0.3%~0.6%次氯酸鈉溶液，0.5%~1.0%檸檬酸。

3.3 中水處理系統

1)中水原水池。為保證中水系統原水供應以及MBR清洗、溶藥所需水量，中水原水池采用高位溢流的形式，溢流水排放至排放檢測池。停留時(shí)間：1h，有效容積：100m，采用立式HDPE罐。

2)超濾系統。超濾系統設計處理為120m/h，預過(guò)濾采用100μm袋式過(guò)濾器，超濾膜采用40套GEZW1500，其中一期20套。設計通量為54L/(m2?h)，死端過(guò)濾。超濾膜(UF)參數：型號為ZW1500；外形尺寸p180mmx1920mm；膜組件膜面積57.7m；過(guò)濾通量范圍35~135L/(m2?h)；膜布公稱(chēng)孔徑0.02μm；表面特征為非離子和親水性；初始清水過(guò)濾量為670L/min，20℃.5kPa)；膜類(lèi)型為中間纖維膜(1.1mm外徑，0.66mm內徑)；膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)；反沖洗頻率15~60min；反沖洗流量298~340L/(m2?h)；反洗持續時(shí)間30~60s；化學(xué)清洗周期為每隔4~8周；清洗藥劑為NaOCl、NaOH、檸檬酸。

3)反滲透系統?？紤]到設備的節能、運行壓力、膜的透過(guò)率、膜的脫鹽率、出水的含鹽量等因素，本項目反滲透通美國海德能的LFC3-LD抗污染反滲透膜。LFC3-LD抗污染反滲透膜具有特強的抗污染性，清洗也比較方便。單支膜脫鹽率達99.5%，二氧化硅脫除率在99%以上，高于普通RO膜95%二氧化硅脫除率?？紤]到原水為中水以及膜的使用壽命等因素，以及冬季水溫低等因素，實(shí)際單支RO膜產(chǎn)水為按0.7m/h設計，RO膜設計90支，其中一期為45支，設計產(chǎn)水量：60m/h，回收率：60%。在RO膜堆前設置5μm保安過(guò)濾器。

3.4 項目設計特點(diǎn)

1)對切片廢水進(jìn)行合理的分質(zhì)分流，對含硅粉較多，不適合回用的含硅廢水，采用簡(jiǎn)單處理后直接排放，滿(mǎn)足高標準排放和中水回用的要求；

2)本項目生化工藝采用了MBR工藝，有效保證了當前高標準排放和中水回用的要求；

3)厭氧水解后增加厭氧沉淀池，利用活性污泥的包裹作用進(jìn)一步去除系統內存在的超細硅粉，避免對后續MBR、UF及RO產(chǎn)生堵塞。

4、運行調試情況

4.1 出水情況

本項目自2016年6月建成投產(chǎn)后，至今運營(yíng)穩定。MBR產(chǎn)水COD穩定在50mg/L以下(見(jiàn)圖3)，pH在7.57~8.68之間，出水濁度<1NTU、總排口出水COD基本穩定在200mg/L以下(見(jiàn)圖4)，pH在7.48~8.50之間，懸浮物濃度<20mg/L。

4.2 膜污堵情況

中水在運行過(guò)程中，發(fā)生了兩次較為嚴重的膜污堵現象，一次為袋式過(guò)濾器、一次為反滲透系統；前者主要是由于PAM過(guò)量投加引起，后通過(guò)更換新的濾袋，并降低PAM投加量等應對措施；后者主要由于溶解性SiO2引起；經(jīng)分析檢測，中水原水溶解性SiO2最大達到了80mg/L，在RO系統內形成硅結垢6，后采取了降低進(jìn)水pH，并在混凝反應中加入了鎂劑除硅等控制措施。此外，通過(guò)對污堵的成分分析，可以驗證超細硅粉引起的污堵得到了有效控制。目前中水系統運行穩定，RO系統僅需半年進(jìn)行一次恢復性清洗。

5、投資及運行成本

本工程總投資約2500萬(wàn)元，污水處理成本為4.85元/m3，中水回用成本為5.8元/t。

6、結論

1)本項目中試及工程設計運行結果表明，MBR工藝+雙膜法在切片廢水高標準排放和中水回用具有良好的效果；

2)分質(zhì)分流對中水回用起到了很好的保證作用，且對出水達標沒(méi)有產(chǎn)生影響，有效的降低了企業(yè)的運行成本；

3)高效沉淀池、厭氧沉淀池的設置，對超細硅粉起到了很好的攔截作用，提高了膜系統的運行穩定性。（來(lái)源：江蘇道同環(huán)境科技有限公司）