集成技术处理光伏行业生产废水工程实例

冯丽霞 ，牟 洁 ，魏 铮 ，王亚晓 ，赵 艺 ，张 儒

（1.天津市联合环保工程设计有限公司，天津300191；2.天津市环境保护技术开发中心设计所，天津300191）

天津市某半导体有限公司是以生产半导体分立器件和半导体硅材料为主的高新技术企业，主要产品有高压硅堆、硅材料等。由于生产工序复杂、原料种类繁多，产生了大量性质不同的生产废水。在综合分析生产废水的进水水质、特点及出水排放要求的基础上，结合同类废水站的实践经验，提出了分类收集—分质预处理—集中生化处理的处理思路。根据特征污染物类型将废水分为有机废水、颗粒废水、含氟废水等，选择钙盐沉淀法+高密度沉淀池处理含氟废水；预调节沉淀池+板框压滤机处理颗粒废水；水解酸化+生物接触氧化+活性砂过滤处理综合废水。

1 废水水量及水质

废水进水水量、进水水质及处理系统出水水质限值见表1。

表1 进水水量、进水水质及处理系统出水水质限值

由表1可知，废水具有以下特点：（1）各类废水典型污染物各不相同，污染成分复杂；（2）含氟废水氟化物浓度高，同时，由于醋酸的使用，导致COD较高；（3）有机废水 COD 高，其余污染物浓度低；（4）由于颗粒废水中含异丙醇等，导致悬浮物浓度高，同时有机物浓度高。

2 废水处理工艺

2.1 工艺流程及介绍

工艺流程见图1。

图1 工艺流程

综合考虑以上各类废水水质差别较大，采用分类收集—分质预处理—集中生化处理的处理思路进行设计。

（1）含氟废水预处理。含氟废水总体呈酸性，为避免对设备及池体造成腐蚀，首先将pH粗调至中性，后自流进入调节池内进行储存及调节。除氟采用钙盐沉淀法，通过NaOH精调pH，达到最佳反应条件后，加入CaCl2，与F-化合形成CaF2沉淀。由于CaF2的溶度积限制了其对F-的去除，且CaF2的沉降速度缓慢，通过投加混凝剂，产生絮凝体吸附CaF2，并使其快速沉降，从而获得较好的除氟效果〔1〕。沉淀池选用高密度沉淀池，沉淀出水进入综合调节池。

（2）预沉调节池。颗粒废水中含有大量的碳化硅及硅粉颗粒，由于颗粒密度较大，沉降性好，故调节池兼做重力沉淀池，上清液进入滤液收集池，下层污泥泵入板框压滤机，脱水后滤液自流至滤液收集池。颗粒废水中悬浮固体基本去除，进入综合调节池。

（3）综合处理系统。含氟废水及颗粒废水经预处理后与有机废水混合，进行生化处理。混合废水具有有机物浓度高、可生化性差的特点〔2〕，故设置水解酸化池，用于提高废水可生化性，生物接触氧化池进行有机物降解。

（4）活性砂滤池。经过前端处理，各类废水中的主要污染物均已基本去除，但是由于生产的不确定性导致水质存在一定波动，故设置活性砂滤池，进一步去除二沉池出水残留的污染物，确保SS、COD、氟化物等指标稳定达标。

2.2 工艺特点

（1）含氟废水调节池不设置机械混合，通过池体四周出水堰，通过跌水进行水力混合及均匀布水，强化废水混合效果。

（2）钙盐沉淀法除氟，采用CaCl2及NaOH为除氟药剂，同时投加PAM及PAC进行絮凝，利用率高、污泥产量小、对氟化物的去除效率高；高密度沉淀池设置污泥外循环，污泥从浓缩区到反应池，使耗药量低于其他的沉淀装置达10%～30%。抗水质、水量冲击能力强〔3〕。

（3）由于颗粒废水间断排水的特点，将重力浓缩与调节池功能合并，节省占地、提高处理效率，同时降低板框进水的污泥含水率、节省能耗。

（4）针对进水悬浮物特别高的情况，采用板框过滤作为第一步处理预处理，有效降低了水中杂质，为后续处理工艺提供条件。

（5）由于来水较为复杂，为提高系统灵活性，设置机动池，可根据需要切换至水解酸化模式或生物接触氧化模式。

（6）活性砂过滤作为水质保障措施，系统稳定性高。

（7）整个系统采用分质预处理、集中生化处理的处理思路，系统灵活性好、稳定强高。

3 主要构筑物及设计参数

主要构筑物及设计参数见表2。

表2 主要构筑物及设计参数

4 工艺控制要点及系统运行情况

4.1 含氟废水处理系统药剂投加量

含氟废水处理系统属化学沉淀法，研究最佳反应条件及最适加药量至关重要，故以pH、CaCl2、PAC和PAM投加量4个因素进行正交实验，小试确定理论最佳药剂投加量，以此为基础结合现场实际运行过程中连续检测结果，确定最适药剂投加量，结论如下：

（1）反应最佳 pH 为 8.5～9.5。

（2）废水中氟化物浓度为 M（F-），按照反应 2F-+Ca2+=CaF2↓计算可知CaCl2理论投加量为 1.49M（F-）。经实验小试确定，最佳氯化钙过量倍数为1.8～3.2倍，即CaCl2投加量与废水中氟化物浓度存在2.68～4.77的倍数关系，可以此为依据，根据进水水质计算药剂投加量。

（3）实验选定 PAC 投加量为 80～120 mg/L，PAM 2～3 mg/L，在此范围内出水氟化物浓度随 PAC及PAM投加量增加而降低，当PAC投加量为100 mg/L，PAM投加量为2.5 mg/L时，出水氟化物可稳定达到20 mg/L以下，即满足出水要求。

（4）通过极差计算，各影响因素的主次顺序为：pH＞PAM投加量＞CaCl2投加量＞PAC投加量。因此，控制反应的pH是去除F-的关键〔4〕。

4.2 颗粒废水预沉调节池运行歩序

由于颗粒废水预沉调节池同时具备调节池及重力沉淀池的功能，在调节水质水量的同时，达到硅粉及碳化硅的初步沉淀，通过设置液位计、电动阀门控制两池轮换；通过泥位计及电动启闭机控制上清液排出、吸泥工段。以SS为主要预处理效果考察指标，沉淀及压滤工序的去除效果见图2。

图2 沉淀及压滤工序的SS去除效果

由图2可知，经重力沉淀上清液中SS仍较高（约360 mg/L），沉淀污泥经板框压滤处理后，滤液SS可降至100 mg/L以下，滤液与上清液混合后，进入后续絮凝沉淀工段。

4.3 机动池运行模式切换

机动池中同时设置曝气设施及缺氧搅拌设备，水解酸化池停留时间可调节为6.2、9.1、12.4 h这3种模式。通过日常对进水及出水COD、BOD的检测，切换机动池运行模式，以达到处理效果稳定可靠，协同处理作用显著的目的〔5〕。

5 运行效果

污水站运行1 a以来，氟化物、COD的检测值见图3。

由图3可知，污水站运行1 a以来，虽然进水水质波动较大，但各项出水指标均稳定达标。随着生产的进行，进水氟化物及COD表现出明显且有规律的低值及峰值，经过各类废水的互相混和调节，并与生产部门密切联系，污水站同步加强管理，优化运行参数，保障了出水水质，取得了良好的处理效果，运行数据见表3。

图3 氟化物、COD检测值

表3 运行数据分析

6 经济指标及环境效益分析

（1）吨水处理费。吨水处理直接费包括动力费、药剂费及人工费。该工程装机容量为82 kW，近1 a实际使用电量日平均值为1 338 kW·h/d，电价为0.9元/（kW·h），水量按 1 a内平均值 780 t/d计算，则吨水电费为1.54元；吨水药剂费0.95元，合计为2.49元。

（2）环境效益。本工程投产后每年可减少COD排放量为216 t；减少氟化物排放量为23.54 t；有力地保护了当地环境，具有重大的环境效益和社会效益。

7 结论

通过1 a的稳定运行，整个工艺对COD及氟化物等污染物均可实现有效去除。总体来看，分类收集—分质预处理—集中生化处理的处理思路具有良好的适用性，钙盐沉淀法+高密度沉淀池处理含氟废水，预调节沉淀池+板框压滤机处理颗粒废水，水解酸化+生物接触氧化+活性砂过滤处理综合废水工艺针对性强、处理效果好，工程设施投运以来运行稳定、操作简便，同时能够取得很好的环境效益和经济效益，在光伏行业水处理领域具有良好的适用性，值得推广。