摘要： 本文介紹了單晶硅棒在開斷、研磨成硅片生產過程中產生的廢水水質及特征。針對該廢水特點，采用以生物處理為主，多項預處理為輔的工藝，即氣浮—水解酸化-接觸氧化處理工藝。實際工程運行結果表明，該處理工藝處理效率高，處理出水COD、BOD、SS分別為53mg/L,14.5mg/L,47.2mg/L， pH 7.41，超過設計指標和《遼寧省污水綜合排放標準》(DB21/1627-2008)標準要求。
關鍵詞： 單晶硅片生產廢水，氣浮， 水解酸化， 接觸氧化
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
中圖分類號： X703 文獻標識碼：A 文章編號：
1.引言
某太陽能硅材料企業的主導產品為太陽能電池用的單晶硅棒、硅片。是國內唯一一家獲得太陽能電池用單晶硅錠國家免檢產品殊榮，集科研、生產、銷售為一體在香港聯交所主板上市的高新技術企業。近幾年，隨著國際太陽能電池產銷量、需求量的飛速增長，2010年該公司異地新建年產2000噸硅單晶4000萬片硅片工程項目。該項目日排單晶硅片生產加工廢水3000噸，采用預氣浮—水解酸化-接觸氧化處理工藝。實際工程運行結果表明，該處理工藝處理效率高，處理出水COD、BOD、SS等指標超過設計指標和《遼寧省污水綜合排放標準》(DB21/1627-2008)的要求。
2.廢水水質水量
2.1廢水來源及特征
廢水主要來自單晶硅片生產過程，即開斷、滾圓、研磨過程產生的廢水，預清洗廢水，脫膠廢水，超聲波清洗廢水及制高純水產生的廢水等。廢水中主要含有無機單晶硅粉末、碳化硅、聚乙二醇，還含有少量氫氟酸和表面活性劑，水質波動性大，廢水有機物濃度較高，氮、磷含量低，可生化性差。
2.2廢水水質水量
根據該企業的生產規模和提供的有關資料，本工程設計水量為3000m3/d。進水水質經多次監測分析確定。污水處理站進水水質表見表1.
表1 進水水質表
Tab.1 Water quality of inlet
|
項目 |
CODcr |
BOD5 |
SS |
NH3-N |
石油類 |
pH |
|
進水 |
2500 |
300～350 |
400 |
2.3 |
0.68 |
6～7 |
2.3廢水排放標準
根據環保要求及該企業所處地理位置，處理后的廢水排入開發區的城市污水處理廠，排放標準執行《遼寧省廢水綜合排放標準》(DB21/1627-2008)中的要求。
3. 處理工藝
3.1工藝流程
該廢水中主要含有聚乙二醇及表面活性劑和細小顆粒物，屬于可生化性差的廢水，其水量變化也較大，對生化處理產生的影響很大，為了保證生化處理效果的高效、穩定，必須在生化處理前設置必要的預處理過程，通過預處理降低污染物有機負荷，即最大程度地去除廢水中的細小顆粒物、表面活性劑同時進一步提高廢水的可生化性。以保證后續生化處理的正常可靠運行。工藝流程見圖1。
3.2工藝簡述
生產車間排出的污水首先經污水渠沉淀部分懸浮物后進入污水處理站，在污水渠內設置平板格柵攔截水中的固體污染物，防止堵塞污水提升泵，減輕后續處理構筑物的負荷。
進入污水站的污水首先進入集水池，在集水池內設置液位控制儀，控制污水提升泵在高液位開泵，低液位停泵。集水池內污水通過污水提升泵提升至調節沉淀池，在泵出口管道上安裝管道混合器，并加入混凝劑和助凝劑。調節沉淀池沉淀混凝反應生成的絮狀物并均衡水質水量。調節池內污水通過提升泵提升至氣浮池，通過管道混合器在氣浮池前端加入混凝劑(PAC)和助凝劑(PAM)，通過氣浮進一步去除污水中的細小懸浮物和表面活性劑。氣浮池出水進入水解池，在兼性菌和產酸微生物的作用下，將水中的大分子和不易生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子有機物，提高污水的可生化性。水解池出水自流至接觸氧化池，調試初期在氧化池進水端加入營養鹽(尿素和磷酸二銨)，調整廢水的C、N、P的比值，并在鼓風曝氣作用下，利用好氧微生物將污水中的有機物降解去除。氧化池出水進入平流式二沉池，在沉淀池內沉淀氧化池出水中挾帶的部分脫落生物膜。沉淀池出水達標排放。
二沉池產生的污泥一部分回流至水解池和接觸氧化池，一部分泵入貯泥池。調節沉淀池和氣浮池產生的浮渣定期排入貯泥池，貯泥池內污泥泵入離心脫水機脫水，產生的泥餅定期外運有資質的單位處置。
4.主要建構筑物及設計參數
4.1格柵
在排水渠內設置三道平板格柵攔截固體雜質，防止泵的阻塞和損傷，減輕后續處理構筑物的負荷。平板格柵為不銹鋼材質，尺寸為1.0m×1.0m。
4.2調節池
調節池用以調節水量、均化水質，使后續處理工藝在相對穩定的條件下運行。調節池底部設置污泥斗，沉淀污泥定期排至貯泥池。
調節池采用半地上鋼混結構，地上高2.0m。有效容積1485m3。
在調節池內安裝污水提升泵3臺(2用1備)，污泥泵3臺，液位控制器1套。
4.3氣浮系統
采用高效溶氣氣浮，通過高壓回流溶氣水減壓產生大量的微氣泡，進行固-液或液-液分離。同時利用管道混合器給氣浮機投加混凝劑和助凝劑提高固-液分離效果。
JF-70型高效溶氣氣浮2臺，DN200×L1100mm管道混合器2個。
4.4水解酸化池
水解酸化池采用多點布水的方式進水，將廢水均勻地分配到整個池底，出水也采用表面多點收集，保證池面均勻出水。水解池上進下出的獨特結構，具有水利攪拌功能，使池內污泥處于懸浮狀態，大大提高水解菌酸化菌的水解效率。
水解池1座，采用半地上鋼混結構，有效容積1512m3,地上高1.5m。池內安裝QJB型(中速)推流攪拌器2臺。
4.5接觸氧化池
接觸氧化池內填加對微生物無毒害、易掛膜、質輕、高強度、抗老化、比表面積大和空隙率高的組合填料，池底布置高效傳氧速率的球冠型微孔曝氣器。有效容積3300m3,分三序列運行,鋼混結構，地上高1.5m。球冠型微孔曝氣器2256套。填料2268m3。
4.6二沉池
平流沉淀池2座，主要是分離接觸氧化池出水中攜帶的懸浮污泥。停留時間3小時。半地上鋼混結構，地上高1.0m。每座沉淀池內安裝一臺行車式刮泥機和一臺污泥回流泵。
5.工程運行情況
污水處理站24h連續運行，三日連續監測結果的水質平均值見表3。
表3 驗收監測結果
Tab.3 Determination results
|
項目 |
CODcr
(mg/L) |
BOD5
(mg/L) |
SS
(mg/L) |
pH |
|
進口均值 |
2370 |
325 |
400.5 |
6.25 |
|
出口均值 |
53.0 |
14.5 |
47.2 |
7.41 |
從表3監測結果可以看出，監測結果大大低于標準值。在實際運行中發現，水解池對CODcr的去除率為25%左右，廢水的B/C值升至0.35～0.38，大大提高了廢水的可生化性。該處理系統在進水負荷發生變化時，也能夠保證出水穩定達標排放。
6.工程經濟分析
該工程總投資670萬元。2010年9月動工興建，2011年4月竣工。現以達標排放。聚丙稀酰胺用量為3kg/d，聚合氯化鋁用量為150kg/d，噸水處理費用為0.83元/m3。
7結論
采用混凝調節沉淀、氣浮相組合的二級加藥預處理系統，降低了廢水中的硅粉和碳化硅等無機顆粒以及表面活性劑，對生化處理系統的影響。
水解酸化工藝對COD、SS有一定的去除率，同時明顯提高BOD5/CODcr值。改善了廢水的可生化性，出水水質能穩定達到《遼寧省廢水綜合排放標準》(DB21/1627-2008)標準，大大降低了向水體環境中排放污染物的總量。目前該處理系統已成功運行，并取得了良好的環境效益和社會效益。
生物為主，預處理為輔的工藝，無二次污染，其技術經濟指標先進，經濟效益、社會效益、環境效益十分明顯。適應在該行業廢水處理中廣泛推廣應用。
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