近年來我國光伏產業(yè)發(fā)展迅速，光伏廢水處理日益受到關注。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、拋光等過程產生的助劑廢液和清洗廢水，其處理難點主要包括：有機物（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、多晶硅片等產品的生產、銷售。企業(yè)共分4 個廠區(qū)，其中二廠區(qū)設計產能為年產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 套廢水處理設施（一期、二期），由于處理能力不足、設備老化、出水長期不達標等問題，已不能滿足生產要求，亟待改造。
1 處理設施現狀及問題
1.1 廢水來源
二廠區(qū)主要生產工藝為： 多晶硅棒—線開方—切斷—磨面—切片—預清洗—檢查—硅片清洗—包裝。生產廢水主要包括：（1）切磨廢水。開方硅錠經少子壽命測試后，截斷無效部分，對斷面磨光打平，產生研磨廢水，廢水主要成分為硅粉。（2）預清洗廢水。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，產生預清洗廢水。預清洗廢水水量大、有機物濃度高，是硅片生產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一步去除表面金屬等雜質，該股廢水有機物濃度高，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)目前生產廢水約1 000m3/d，已接近滿負荷生產。
1.2 現有處理設施
二廠區(qū)現有處理設施兩套（一期、二期），兩套設施獨立進水，共用一個總排水口。一期是物化處理設施，設計處理規(guī)模600 m3/d；二期是物化加生化處理設施，實際處理能力不超過400 m3/d。一期、二期主要工藝流程見圖 1、圖 2。
圖 1 一期處理設施工藝流程
圖 2 二期處理設施工藝流程
1.3 存在問題分析
現有設施主要存在以下問題： 一是工藝路線不合理，一期處理設施僅采用物化工藝，對預沖洗廢水中有機物的去除效果差，且超負荷運轉，不能達標排放；二是處理能力不足，二期處理設施好氧池實際負荷（以BOD5/MLSS 計）達0.3 kg/（kg·d），負荷較高，處理水量超400 m3/d 后出水基本不達標； 三是設施功能蛻化，對進水高濃度硅粉等顆粒物預估不足，車間排放口預沉池偏小、處理站無預沉設施，導致調節(jié)池淤積大量污泥，有效調節(jié)容積減少70%；四是單元處理技術不合理，廢水中切磨砂漿自身比重較大，混凝反應后氣浮效果很差；五是設備老化嚴重，好氧池微孔曝氣系統管道堵塞、膜片破損，導致好氧池曝氣極不均勻，局部缺氧；六是站區(qū)布局混亂，污水處理設施并未和廠區(qū)生產設施同步規(guī)劃設計，而是被動地為滿足廠區(qū)不斷增長的生產要求而建設，造成廢水排放多一點、處理設施擴建一點的不利情況，且污水處理站范圍內各種管線縱橫交錯、設備布置分散，布局混亂，日常管理十分不便。
2 改造方案設計
2.1 水量水質
二廠區(qū)滿負荷生產情況下日均污水量約1 100 m3，考慮20%不可預見水量，設計處理水量按1 320 m3/d算。廢水經處理后納入市政污水管網，出水水質執(zhí)行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）三級標準，設計進出水水質見表 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〕等高濃度有機廢水處理中應用較多。針對該企業(yè)廢水特點，結合小試研究和現場條件，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過柵間距2 mm 的細格柵進入預沉池，沉淀硅粉等顆粒物后進入調節(jié)池。調節(jié)池出水經泵提升進入一體化反應池，經投加廢堿pH 調節(jié)、投加PAC 混凝、投加PAM 絮凝后重力流入斜管沉淀池。沉淀池出水進入1# 水解酸化池，由于原構筑物間存在3.2 m 高差，1# 水解酸化池出水需經泵提升后進入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 池進一步降解有機物。MBR 出水部分儲存在回用水池備回用，其他出水排放。
預沉池污泥用氣動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。污泥池污泥經板框壓濾機脫水后外運處置。
2.3 工藝特點
（1）工藝針對性強，節(jié)約用地、節(jié)省投資。在處理站前端增加預沉池，有效去除進水中硅粉、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荷，減少占地面積；改造后原有混凝土構筑物全部得到利用，僅新增鋼結構設備1 座，最大限度地利用了原有設施、設備，節(jié)省了投資。
（2）處理效果穩(wěn)定可靠，協同處理作用顯著。水解酸化停留時間達30 h 以上，充分改善進水可生化性。后續(xù)采用MBR 工藝，提高反應池污泥濃度，有利于高濃度有機物的充分降解。MBR 近年來廣泛應用于工業(yè)廢水處理〔5〕，本項目MBR 采用中空纖維膜組件，主要有以下特點：中空纖維膜技術成熟、出水穩(wěn)定、價格低廉，在工業(yè)水處理中應用廣泛；MBR 能高效地進行固液分離，大幅提高活性污泥濃度和反應池容積負荷，減少水力停留時間，減少池容需求，并可省去二沉池，且出水水質更好，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器內，實現水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）全分離，有利于硝化菌的生長，在降解有機物的同時，對氨氮也有較好去除效果，為應對今后更高的排放標準留有余地； 自動化程度高，采用在線清洗，可有效降低膜污染，便于維護管理。
（3）產泥量少，減少二次污染。MBR 使好氧池形成高容積負荷、低污泥負荷的運行狀態(tài)，從根本上減少剩余污泥的產生；MBR 產生的剩余污泥有相當部分排入水解酸化池，通過厭氧消解減少污泥量。因此，整個系統生物段剩余污泥排放量很少，可有效降低污泥處理、處置費用。
2.4 主要構筑物及設備
（1）集水池。由于原二期處理站進水標高較低，無法自流入改造后的預沉池，故保留原二期處理站集水池。新增潛污泵2 臺，Q＝75 m3/h，H＝10 m。增加穿孔曝氣管，不定時曝氣，防止積泥。
（2）預沉池、調節(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：細格柵井，新增機械細格柵1 臺，柵間距2 mm；預沉池，對進水中硅粉等顆粒物預沉淀，水平流速3.5 mm/s，有效水深1.2 m，設2 只泥斗，配排泥氣動隔膜泵2 臺，Q＝3.5m3/h，H＝70 m； 調節(jié)池，HRT=12.3 h，新增自吸泵2臺，Q＝55 m3/h，H＝15 m，氟塑料襯里。增加穿孔曝氣管，不定時曝氣，防止積泥。
（3）一體化反應池。新增鋼結構設備，含pH 調節(jié)、混凝、絮凝、沉淀4 個單元。pH 調節(jié)、混凝HRT均為6.7 min，絮凝HRT 為18 min，新增攪拌機4臺，轉速分別為80、15、10 r/min； 沉淀池表面負荷0.75 m3/（m2·h）。
（4）1# 水解酸化池。由原二期處理站調節(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，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14.5 h，MLSS=7 g/L，污泥負荷（以BOD5/MLSS 計）達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，污泥負荷（ 以BOD5/MLSS 計） 達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，Q＝30 m3/h，吸程13 m，2 用1 備，每運行10 min 停2 min；配反洗泵1 臺，Q＝26m3/h，H=25 m，每運行24 h 后對各組膜組件分別單獨反洗3 min，每組組件間隔30 min 清洗。膜池配污泥回流泵3 臺，Q＝60 m3/h，H=15 m。
（8）鼓風機房。1# 鼓風機房是原有機房，內有3臺風機，Q＝18 m3/min，H＝8 m，經核算滿足改造后好氧池、水解酸化池等供氣需求，故保留。2# 鼓風機房由原二期備料房改建，配有2 臺MBR 風機，Q＝19.8m3/min，H＝5 m；2 臺調節(jié)池風機，Q＝15 m3/min，H＝5 m。
（9）污泥池及脫水設施。利用原污泥池改造，有效容積近45 m3，可貯泥約4 d。處理站現有板框壓濾機4 臺，板框面積分別為60、80、100、300 m2。經核算，僅使用后3 臺脫水機完全滿足要求，配套氣動隔膜泵利用原有設備。
2.5 處理效果
改造后，處理站出水水質顯著提高。2011 年7月，當地環(huán)保部門對該工程進行了水質監(jiān)測，結果見表 2。
由表 2 可以看出，改造后不僅有機物處理效果好，對氨氮、總磷也起到了協同處理作用。此外，還在2011 年12 月—2012 年2 月對該工程在冬季低溫條件下對有機物的處理效果進行了監(jiān)測，結果顯示：期間進水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，出水水質優(yōu)良。
2.6 技術經濟
本項目工程總投資455 萬元，單位處理水量投資3 447 元。改造后處理站運行電耗2 kW·h/m3，工業(yè)廢堿投加質量濃度0.08 kg/m3，PAC 投加質量濃度0.15 kg/m3，PAM 投加質量濃度2 g/m3，噸水處理費用（僅電耗、藥耗）約1.8 元。具體參見http://www.yiban123.com更多相關技術文檔。
3 總結
（1）本項目工業(yè)廢水主要包括硅棒切磨廢水、硅片預沖洗廢水、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酸產生的高濃度有機物； 由硅棒磨面、硅片切割產生的硅粉、碳化硅等高濃度顆粒物；清洗過程中產生的酸堿污染。
（2）現有處理設施存在工藝路線、單元技術不合理、處理能力不足、布局混亂等六大問題。結合本項目進水水質特點和現場改造條件，提出物化沉淀—水解酸化—MBR 改造工藝，改造后現有混凝土構筑物全部得到利用，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）本項目MBR 采用中空纖維膜組件，具有技術成熟、出水穩(wěn)定、價格低廉，應用廣泛等特點。MBR 大幅提高污泥濃度和容積負荷，無需二沉池，節(jié)約用地；采用在線清洗，便于維護管理。冬季低溫條件下進水COD 為2 000~4 000 mg/L 時（平均2 882mg/L），出水COD 平均58 mg/L，基本能保持在100mg/L 以下，出水水質穩(wěn)定可靠，同時對氨氮具有明顯的協同處理作用，為應對今后更高的排放標準留有余地。
（4）改造項目總投資455 萬元，單位處理水量投資3 447 元。改造后處理站運行電耗2 kW·h/m3，工業(yè)廢堿投加質量濃度0.08 kg/m3，PAC 投加質量濃度0.15 kg/m3，PAM 投加質量濃度2 g/m3，噸水處理費用（僅電耗、藥耗）約1.8 元。
