光伏废水处理方法探析

2021-11-28赵群峰

皮革制作与环保科技 2021年18期

赵群峰

（禹智天工环境科技有限公司，江苏太仓 215400）

谈及光伏产业，人们会想到太阳能电池，光伏产业的主要原料是晶体硅。光伏企业在生产太阳能电池时会产生大量废水，且废水中污染物的成分非常复杂，处理起来比较困难，其中氟是光伏废水的主要成分之一。氟元素虽然分布广泛，但化学性质却非常活跃，几乎能与所有元素发生反应。少量的氟有助于人体的健康生长，但过量的氟却会影响人体健康，并引起氟中毒产生氟骨病。目前，光伏产业在生产过程中会排放大量的高浓度含氟废水，污染水体和环境，因此治理光伏产业废水已经刻不容缓。

1 光电池生产废水的污染与危害

在光伏产业中，废水的主要来源是在晶体硅制绒、酸洗和漂洗环节出现的硝酸盐氮废水和含氟废水，这两种废水不仅会严重污染环境，还会危害人体健康。

硝酸盐是许多水资源污染中最常见的污染物，也是造成地下水污染的主要原因之一。这些污水的主要来源一是日常生活中的污水排放；第二来源是农业污染。在农业种植过程中，我们经常对农作物施用大量的氮肥，但几乎40%的氮肥都会从土壤中流失，污染地下水；第三是企业在工业生产过程中排放的废水。

2 光伏废水处理工艺

2.1 化学钙盐沉淀法

化学沉淀法是许多企业处理工业废水的常用方法之一，这种方法通常应用于处理高浓度含氟废水中。由于高浓度含氟废水的酸性比较高，pH值一般都在1～2之间。因此光伏企业最常用的处理方式就是向废水中投放石灰、电石渣或者氯化钙。通过加入石灰可以中和酸性废水，再向废水中加入适量的可溶性钙盐，可使废水中的氟离子与钙离子相互作用并发生化学反应生成CaF2沉淀。该方法操作简单，费用较低，效果也比较稳定。但应用此法处理高浓度含氟废水后，会出现大量废渣从而发生二次污染，对废水中氟离子的处理效果也不能达到国际标准，而且在处理废水时，废水中的泥渣沉淀速度慢，如果企业在生产过程中废水的排放量较大，废水就不能得到及时处理，因此该方法不适合污水排放量大且需要连续排放的企业。同时，使用石灰处理高浓度含氟废水时，需要企业专门购置石灰乳溶解装置，从而增加企业的运营成本，而且由于污泥量大，管道容易出现结垢堵塞的现象，操作、维护都比较麻烦。如果在高浓度含氟废水中投放氯化钙药剂，虽然操作简单，产生的污泥也少，但同时还需要投放氢氧化钠来中和酸性废水，使得废水处理费用增加。

2.2 混凝沉淀除氟法

目前企业处理低氟废水最常用的方法是混凝沉淀法。这种方法操作简单且成本较低。该种方法是将适量的混凝剂加入含氟废水中，然后再向废水中添加适量的碱来中和酸性废水，达到调节pH值的目的，使废水发生化学反应，得到氢氧化物胶体，再利用该胶体吸附废水中的氟离子。光伏企业常用的混凝剂有无机混凝剂和有机混凝剂，其中无机混凝剂是铁盐、铝盐、钙化合物、镁化合物等，有机混凝剂是聚丙烯酰胺等。

将无机混凝剂投入到含氟废水中后，废水会和混凝剂中的一些金属离子产生反应，出现一些胶体或者绒絮体，这些胶体或者绒絮体可以对废水中的氟离子进行有效吸附并生成沉淀，这样就可以去除废水中的氟离子，这种方法经常被用于处理工业废水，且效果明显。但这种方法只适合处理含氟低的废水，优点是费用低，设备操作简单。如果要处理高浓度含氟废水，一般都是将沉淀法和混凝沉淀法结合使用。需要注意的是，通常在使用混凝剂处理含氟废水时，企业一般需要向废水中添加大量的混凝剂才能有效除氟，因此会产生大量难处理的废渣。由于影响废水除氟效果的因素很多，所以废水的处理效果也不稳定，同时会产生很多硫酸根离子，处理后的废水中还会含有大量的溶解铝。

2.3 吸附除氟法

所谓吸附法，就是利用固体吸附剂将废水中的氟离子吸附在表面上。常见的吸附剂有分子筛、稀土、氧化铝、粉煤灰等。一般企业会向填充柱加入吸附剂，然后使含氟废水在恒温条件下匀速通过，从而吸附废水中的氟离子。这种方法虽然除氟效果比较稳定，且吸附剂还能重复利用，但是处理效率低，且吸附效果容易受到外界因素的影响。

2.4 电渗析除氟法

使用电渗析法处理含氟废水时，需要在半渗透膜的两端建立一个直流电场，使带负电的氟离子和带正电的离子通过离子交换分别流向阳极和阴级，从而去除废水中的氟离子[1]。这种除氟方法可应用于饮用水的除氟，但这种方法需要先对饮用水进行处理。因此，设备成本相对较高，还存在膜极化结垢的问题，在处理饮用水中的氟离子时，也会去除一些对人体有益的物质，因此电渗析法除氟在实际应用中受到限制。

2.5 生化除氟法

生化除氟法，简单来说就是长期驯化一些微生物，使这些微生物具有一定的降氟和除氟能力，然后将含氟废水加入含有由这类微生物组成的生物膜反应器中，微生物就会降解废水中的氟离子，达到除氟目的。但这种方法只能应用在含氟浓度较低的工业废水中，而不能应用于高浓度含氟废水中，因为微生物在高浓度含氟废水中降解氟的能力会受到抑制，其生长也会受到影响，生物膜会脱落，不能达到除氟的目的。

2.6 电凝聚除氟法

电凝聚法处理含氟废水时，需要对废水进行电解析，通过电解析可以在水中产生一些絮凝沉淀，这种沉淀物具有静电吸附和离子交换的特点，可有效去除废水中的氟离子。电凝聚法处理含氟废水的具体流程为：首先在含氟废水中放入铝镁合金电极，然后通入直流电，由于含氟废水是酸性的，铝镁合金就会析出铝离子和镁离子，并与废水中的物质发生反应，生成氢氧化铝和氢氧化镁絮状胶体物质，这些絮状胶体将会吸附氟离子，从而达到除氟目的。该方法所需设备简单，也不会产生二次污染，但由于铝镁合金电极容易钝化，电流无法通过，导致铝镁合金的电极不能顺利析出，从而无法达到除氟的效果。

2.7 反渗透除氟法

反渗透除氟法，就是利用反渗透膜能透过水而不能透过其他溶质的特性，然后利用足够的压力，可以让含氟废水中的水分子通过半透膜或反渗透膜分离，从而达到除氟目的[2]。但是反渗透除氟法也存在局限性，由于膜的问题，导致利用该方法除氟时对水质的要求较高，且要先对进行水预处理。进膜前的原水水质越好，对膜的伤害就越小，使用时间就越长。但该方法对高浓度含氟废水的处理效果较差。在利用反渗透除氟法时，如果废水回收率太低，会造成水资源的浪费。

2.8 协同反硝化废水处理法

我们可以选择协同反硝化反应器对有机含氮废水进行处理。协同反硝化反应器实质上就是以硫自养反硝化的形式来实现光伏废水的脱氮处理，以单质硫的形式作为电子供体，将废水中相关的氮离子逐步转化为氮单质，来实现废水脱氮。在协同硝化反应器脱氮时，通过对进水处氮、氟的控制，使对应离子的浓度达到恒定状态，在不需要酸碱调节的基础上就可以实现。利用协同反硝化反应器处理废水，需加入CaO进行初步除氟来降低氟离子浓度，使废水的pH值呈碱性，满足协同反硝化pH值为7.5～8.5的要求；以二次除氟降低残留的氟离子和硫离子化合物，通过初步除氟、协同反硝化脱氮，最终二次除氟、除硫酸盐的工艺路线，提升废水处理效率，并有效降低处理成本[3]。