近年來我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，光伏廢水處理日益受到關(guān)注。光伏廢水主要來源于硅棒在切斷、磨削、切片以及硅片在研磨、腐蝕、拋光等過程產(chǎn)生的助劑廢液和清洗廢水，其處理難點(diǎn)主要包括：有機(jī)物（主要是聚乙二醇等）、懸浮物（主要是硅粉、碳化硅）濃度高，并含有氟離子及酸堿（主要是氫氟酸、硝酸及其他緩沖酸）等污染物。

浙江某陽光能源有限公司成立于2005 年，主要從事太陽能電池用單晶硅片、多晶硅片等產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售。企業(yè)共分4 個(gè)廠區(qū)，其中二廠區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)350 MW 太陽能電池用多晶硅片（僅具備切片、研磨能力）。二廠區(qū)原有2 套廢水處理設(shè)施（一期、二期），由于處理能力不足、設(shè)備老化、出水長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)等問題，已不能滿足生產(chǎn)要求，亟待改造。

1 處理設(shè)施現(xiàn)狀及問題
 
1.1 廢水來源
 
二廠區(qū)主要生產(chǎn)工藝為： 多晶硅棒—線開方—切斷—磨面—切片—預(yù)清洗—檢查—硅片清洗—包裝。生產(chǎn)廢水主要包括：（1）切磨廢水。開方硅錠經(jīng)少子壽命測(cè)試后，截?cái)酂o效部分，對(duì)斷面磨光打平，產(chǎn)生研磨廢水，廢水主要成分為硅粉。（2）預(yù)清洗廢水。硅錠切片后，用水槍將硅片表面切削砂漿（由切削液和金剛砂配制，主要成分為聚乙二醇和碳化硅）和硅粉噴洗干凈，產(chǎn)生預(yù)清洗廢水。預(yù)清洗廢水水量大、有機(jī)物濃度高，是硅片生產(chǎn)廢水中最難處理的一股廢水。（3）硅片清洗廢水。檢查合格的硅片采用檸檬酸等浸泡進(jìn)一步去除表面金屬等雜質(zhì)，該股廢水有機(jī)物濃度高，但水量較小。（4）超聲波清洗廢水。酸洗后硅片采用超聲波技術(shù)用大量超純水清洗，該股廢水水量大，污染較小。二廠區(qū)目前生產(chǎn)廢水約1 000m3/d，已接近滿負(fù)荷生產(chǎn)。

1.2 現(xiàn)有處理設(shè)施
 
二廠區(qū)現(xiàn)有處理設(shè)施兩套（一期、二期），兩套設(shè)施獨(dú)立進(jìn)水，共用一個(gè)總排水口。一期是物化處理設(shè)施，設(shè)計(jì)處理規(guī)模600 m3/d；二期是物化加生化處理設(shè)施，實(shí)際處理能力不超過400 m3/d。一期、二期主要工藝流程見圖 1、圖 2。

圖 1 一期處理設(shè)施工藝流程

圖 2 二期處理設(shè)施工藝流程  

1.3 存在問題分析
 
現(xiàn)有設(shè)施主要存在以下問題： 一是工藝路線不合理，一期處理設(shè)施僅采用物化工藝，對(duì)預(yù)沖洗廢水中有機(jī)物的去除效果差，且超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，不能達(dá)標(biāo)排放；二是處理能力不足，二期處理設(shè)施好氧池實(shí)際負(fù)荷（以BOD5/MLSS 計(jì)）達(dá)0.3 kg/（kg·d），負(fù)荷較高，處理水量超400 m3/d 后出水基本不達(dá)標(biāo)； 三是設(shè)施功能蛻化，對(duì)進(jìn)水高濃度硅粉等顆粒物預(yù)估不足，車間排放口預(yù)沉池偏小、處理站無預(yù)沉設(shè)施，導(dǎo)致調(diào)節(jié)池淤積大量污泥，有效調(diào)節(jié)容積減少70%；四是單元處理技術(shù)不合理，廢水中切磨砂漿自身比重較大，混凝反應(yīng)后氣浮效果很差；五是設(shè)備老化嚴(yán)重，好氧池微孔曝氣系統(tǒng)管道堵塞、膜片破損，導(dǎo)致好氧池曝氣極不均勻，局部缺氧；六是站區(qū)布局混亂，污水處理設(shè)施并未和廠區(qū)生產(chǎn)設(shè)施同步規(guī)劃設(shè)計(jì)，而是被動(dòng)地為滿足廠區(qū)不斷增長(zhǎng)的生產(chǎn)要求而建設(shè)，造成廢水排放多一點(diǎn)、處理設(shè)施擴(kuò)建一點(diǎn)的不利情況，且污水處理站范圍內(nèi)各種管線縱橫交錯(cuò)、設(shè)備布置分散，布局混亂，日常管理十分不便。

2 改造方案設(shè)計(jì)
 
2.1 水量水質(zhì)
 
二廠區(qū)滿負(fù)荷生產(chǎn)情況下日均污水量約1 100 m3，考慮20%不可預(yù)見水量，設(shè)計(jì)處理水量按1 320 m3/d算。廢水經(jīng)處理后納入市政污水管網(wǎng)，出水水質(zhì)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表 1。

2.2 工藝流程
 
水解酸化/厭氧—好氧工藝在光伏廢水〔1, 2, 3〕和聚酯廢水〔4〕等高濃度有機(jī)廢水處理中應(yīng)用較多。針對(duì)該企業(yè)廢水特點(diǎn)，結(jié)合小試研究和現(xiàn)場(chǎng)條件，改造后采用物化沉淀—水解酸化—MBR 工藝，具體工藝流程見圖 3。

圖 3 改造后工藝流程

二期廢水提升后和一期廢水一道經(jīng)過柵間距2 mm 的細(xì)格柵進(jìn)入預(yù)沉池，沉淀硅粉等顆粒物后進(jìn)入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池出水經(jīng)泵提升進(jìn)入一體化反應(yīng)池，經(jīng)投加廢堿pH 調(diào)節(jié)、投加PAC 混凝、投加PAM 絮凝后重力流入斜管沉淀池。沉淀池出水進(jìn)入1# 水解酸化池，由于原構(gòu)筑物間存在3.2 m 高差，1# 水解酸化池出水需經(jīng)泵提升后進(jìn)入2# 水解酸化池。2# 水解酸化池出水靠重力流入好氧池，再流入MBR 池進(jìn)一步降解有機(jī)物。MBR 出水部分儲(chǔ)存在回用水池備回用，其他出水排放。

預(yù)沉池污泥用氣動(dòng)隔膜泵輸送至污泥池； 斜板沉淀池污泥靠重力排入污泥池；MBR 池剩余污泥部分通過回流泵支路排入污泥池，部分排入水解酸化池，既可補(bǔ)充水解酸化泥量，也起到通過厭氧酸化消解剩余污泥的作用。污泥池污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水后外運(yùn)處置。

2.3 工藝特點(diǎn)
 
（1）工藝針對(duì)性強(qiáng)，節(jié)約用地、節(jié)省投資。在處理站前端增加預(yù)沉池，有效去除進(jìn)水中硅粉、金剛砂等顆粒物，減少顆粒物淤積影響；采用MBR 工藝，可大幅提高好氧池容積負(fù)荷，減少占地面積；改造后原有混凝土構(gòu)筑物全部得到利用，僅新增鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備1 座，最大限度地利用了原有設(shè)施、設(shè)備，節(jié)省了投資。

（2）處理效果穩(wěn)定可靠，協(xié)同處理作用顯著。水解酸化停留時(shí)間達(dá)30 h 以上，充分改善進(jìn)水可生化性。后續(xù)采用MBR 工藝，提高反應(yīng)池污泥濃度，有利于高濃度有機(jī)物的充分降解。MBR 近年來廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理〔5〕，本項(xiàng)目MBR 采用中空纖維膜組件，主要有以下特點(diǎn)：中空纖維膜技術(shù)成熟、出水穩(wěn)定、價(jià)格低廉，在工業(yè)水處理中應(yīng)用廣泛；MBR 能高效地進(jìn)行固液分離，大幅提高活性污泥濃度和反應(yīng)池容積負(fù)荷，減少水力停留時(shí)間，減少池容需求，并可省去二沉池，且出水水質(zhì)更好，從而節(jié)省占地面積及土建投資；MBR 將微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）全分離，有利于硝化菌的生長(zhǎng)，在降解有機(jī)物的同時(shí)，對(duì)氨氮也有較好去除效果，為應(yīng)對(duì)今后更高的排放標(biāo)準(zhǔn)留有余地； 自動(dòng)化程度高，采用在線清洗，可有效降低膜污染，便于維護(hù)管理。

（3）產(chǎn)泥量少，減少二次污染。MBR 使好氧池形成高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，從根本上減少剩余污泥的產(chǎn)生；MBR 產(chǎn)生的剩余污泥有相當(dāng)部分排入水解酸化池，通過厭氧消解減少污泥量。因此，整個(gè)系統(tǒng)生物段剩余污泥排放量很少，可有效降低污泥處理、處置費(fèi)用。

2.4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備
 
（1）集水池。由于原二期處理站進(jìn)水標(biāo)高較低，無法自流入改造后的預(yù)沉池，故保留原二期處理站集水池。新增潛污泵2 臺(tái)，Q＝75 m3/h，H＝10 m。增加穿孔曝氣管，不定時(shí)曝氣，防止積泥。

（2）預(yù)沉池、調(diào)節(jié)池。由原一期處理站綜合廢水池改造。清淤后分隔改造為3 部分：細(xì)格柵井，新增機(jī)械細(xì)格柵1 臺(tái)，柵間距2 mm；預(yù)沉池，對(duì)進(jìn)水中硅粉等顆粒物預(yù)沉淀，水平流速3.5 mm/s，有效水深1.2 m，設(shè)2 只泥斗，配排泥氣動(dòng)隔膜泵2 臺(tái)，Q＝3.5m3/h，H＝70 m； 調(diào)節(jié)池，HRT=12.3 h，新增自吸泵2臺(tái)，Q＝55 m3/h，H＝15 m，氟塑料襯里。增加穿孔曝氣管，不定時(shí)曝氣，防止積泥。

（3）一體化反應(yīng)池。新增鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備，含pH 調(diào)節(jié)、混凝、絮凝、沉淀4 個(gè)單元。pH 調(diào)節(jié)、混凝HRT均為6.7 min，絮凝HRT 為18 min，新增攪拌機(jī)4臺(tái)，轉(zhuǎn)速分別為80、15、10 r/min； 沉淀池表面負(fù)荷0.75 m3/（m2·h）。

（4）1# 水解酸化池。由原二期處理站調(diào)節(jié)池清淤后改造，HRT=8.3 h。由于和2# 水解酸化池存在高差，新增提升潛污泵2 臺(tái)，Q＝75 m3/h，H＝10 m；新增尺寸為D 150 mm×80 mm 組合填料240 m3； 增加穿孔曝氣管，間歇開啟防止積泥。

（5）2# 水解酸化池。由原二期處理站UASB 池、兼氧池以及好氧池的前兩格改造，HRT 共計(jì)23.3 h。新增尺寸為D 150 mm×80 mm 組合填料730 m3；增加穿孔曝氣管，間歇開啟防止積泥。

（6）好氧池。由原二期處理站好氧池后兩格、沉淀池改造，HRT 共計(jì)14.5 h，MLSS=7 g/L，污泥負(fù)荷（以BOD5/MLSS 計(jì)）達(dá)0.1 kg/（kg·d）。新增EDI 曝氣器（尺寸為D 91 mm×1 000 mm）68 根，曝氣量12.1m3/h。

（7）MBR 池。由原一期處理站回收池改造，內(nèi)部分隔出膜清洗池一座，敞開半地下式，HRT=9.8 h，MLSS= 7 g/L，污泥負(fù)荷（ 以BOD5/MLSS 計(jì)） 達(dá)0.1kg/（kg·d）。新增10 套中空纖維膜膜組件，每套組件含膜片1 320 片；膜材質(zhì)聚丙烯，膜孔徑0.1 μm，孔隙率40%~50%，單片膜面積16 m2，單片膜通量1.2~2.0 m3/d；配自吸泵3 臺(tái)，Q＝30 m3/h，吸程13 m，2 用1 備，每運(yùn)行10 min 停2 min；配反洗泵1 臺(tái)，Q＝26m3/h，H=25 m，每運(yùn)行24 h 后對(duì)各組膜組件分別單獨(dú)反洗3 min，每組組件間隔30 min 清洗。膜池配污泥回流泵3 臺(tái)，Q＝60 m3/h，H=15 m。

（8）鼓風(fēng)機(jī)房。1# 鼓風(fēng)機(jī)房是原有機(jī)房，內(nèi)有3臺(tái)風(fēng)機(jī)，Q＝18 m3/min，H＝8 m，經(jīng)核算滿足改造后好氧池、水解酸化池等供氣需求，故保留。2# 鼓風(fēng)機(jī)房由原二期備料房改建，配有2 臺(tái)MBR 風(fēng)機(jī)，Q＝19.8m3/min，H＝5 m；2 臺(tái)調(diào)節(jié)池風(fēng)機(jī)，Q＝15 m3/min，H＝5 m。

（9）污泥池及脫水設(shè)施。利用原污泥池改造，有效容積近45 m3，可貯泥約4 d。處理站現(xiàn)有板框壓濾機(jī)4 臺(tái)，板框面積分別為60、80、100、300 m2。經(jīng)核算，僅使用后3 臺(tái)脫水機(jī)完全滿足要求，配套氣動(dòng)隔膜泵利用原有設(shè)備。

2.5 處理效果
 
改造后，處理站出水水質(zhì)顯著提高。2011 年7月，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門對(duì)該工程進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)，結(jié)果見表 2。

由表 2 可以看出，改造后不僅有機(jī)物處理效果好，對(duì)氨氮、總磷也起到了協(xié)同處理作用。此外，還在2011 年12 月—2012 年2 月對(duì)該工程在冬季低溫條件下對(duì)有機(jī)物的處理效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示：期間進(jìn)水COD 在2 000～4 000 mg/L，平均2 882 mg/L，出水COD 平均58 mg/L，基本能保持在100 mg/L 以下，COD 總體去除率達(dá)到95%以上，其中物化沉淀去除率12%～14%，水解酸化去除率10%～30%，MBR去除率50%～75%，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)優(yōu)良。

2.6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)
 
本項(xiàng)目工程總投資455 萬元，單位處理水量投資3 447 元。改造后處理站運(yùn)行電耗2 kW·h/m3，工業(yè)廢堿投加質(zhì)量濃度0.08 kg/m3，PAC 投加質(zhì)量濃度0.15 kg/m3，PAM 投加質(zhì)量濃度2 g/m3，噸水處理費(fèi)用（僅電耗、藥耗）約1.8 元。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 總結(jié)
 
（1）本項(xiàng)目工業(yè)廢水主要包括硅棒切磨廢水、硅片預(yù)沖洗廢水、清洗廢水、超聲波清洗廢水等，主要特征污染物包括： 由切削液中的聚乙二醇和清洗廢水中的檸檬酸等有機(jī)酸產(chǎn)生的高濃度有機(jī)物； 由硅棒磨面、硅片切割產(chǎn)生的硅粉、碳化硅等高濃度顆粒物；清洗過程中產(chǎn)生的酸堿污染。

（2）現(xiàn)有處理設(shè)施存在工藝路線、單元技術(shù)不合理、處理能力不足、布局混亂等六大問題。結(jié)合本項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)改造條件，提出物化沉淀—水解酸化—MBR 改造工藝，改造后現(xiàn)有混凝土構(gòu)筑物全部得到利用，處理能力由原不足1 000 m3/d 提升至1 320 m3/d，節(jié)約用地、節(jié)省投資，處理效果穩(wěn)定可靠。

（3）本項(xiàng)目MBR 采用中空纖維膜組件，具有技術(shù)成熟、出水穩(wěn)定、價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。MBR 大幅提高污泥濃度和容積負(fù)荷，無需二沉池，節(jié)約用地；采用在線清洗，便于維護(hù)管理。冬季低溫條件下進(jìn)水COD 為2 000~4 000 mg/L 時(shí)（平均2 882mg/L），出水COD 平均58 mg/L，基本能保持在100mg/L 以下，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，同時(shí)對(duì)氨氮具有明顯的協(xié)同處理作用，為應(yīng)對(duì)今后更高的排放標(biāo)準(zhǔn)留有余地。

（4）改造項(xiàng)目總投資455 萬元，單位處理水量投資3 447 元。改造后處理站運(yùn)行電耗2 kW·h/m3，工業(yè)廢堿投加質(zhì)量濃度0.08 kg/m3，PAC 投加質(zhì)量濃度0.15 kg/m3，PAM 投加質(zhì)量濃度2 g/m3，噸水處理費(fèi)用（僅電耗、藥耗）約1.8 元。