单_多晶硅生产废水处理工程实例

第20卷第1期2011年3月

淮海工学院学报(自然科学版)

JournalofHuaihaiInstituteofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.20󰀁No.1Mar.2011

󰀁󰀁DOI:10.3969/j.issn.1672󰀁6685.2011.01.017

单、多晶硅生产废水处理工程实例

郑󰀁静1,陈󰀁敏2,钱󰀁飞3

*

(1.南京信息工程大学滨江学院,江苏南京󰀁210044;2.无锡市新希望环境科技有限公司,江苏无锡󰀁214021;

3.无锡村田电子有限公司,江苏无锡󰀁210048)

摘󰀁要:针对江苏省某硅科技有限公司企业排放的单、多晶硅生产废水的特点,采用分质排放,单独预处理,其中含氟废水采用调节pH、化学反应沉淀后再混凝反应沉淀,清洗包装、压滤废水采用混凝反应预处理后两股废水混合,再采用UASB󰀁生物接触氧化工艺进行处理。工程实践表明,出水

达到󰀁综合污水排放标准󰀁(GB8978󰀁1996)中的指标。该工艺处理效果优良,系统运行稳定,耐冲击负荷,运行费用较低。

关键词:混凝反应;沉淀;UASB;生物接触氧化

中图分类号:X703󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁文章编号:1672󰀁6685(2011)01󰀁0062󰀁04

EngineeringDesignandDisposalofWasteWater

CausedbySingleandPolycrystallineSiliconProduction

ZHENGJing1,CHENMin2,QIANFei3

(1.BinjiangCollege,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;

2.WuxiNewHopeEnvironmentalScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Wuxi214021,China;

3.WuxiMurataElectronicsCo.,Ltd.,Wuxi210048,China)

Abstract:ThisengineeringdesignaimedtodisposeofthewastewaterdischargedbyasilicontechnologycompanyinWuxi.Itemployedthecraftofwastewaterdisposalbydifferentsubstanceandindividualpre󰀁disposingsewage.Thefluoride󰀁containingwastewater,whosepHvaluehadbeenadjusted,wasprecipitatedbycoagulationreactionafterchemicalprecipitation,andwasmixedwithanotherbranchofwaterproducedbypackageclearingandpre󰀁disposingofcoagula󰀁tionduringfilterpressing.WedisposedofthismixturebyUASB󰀁BiologicalContactOxidation.ExperimentsofthisdesignsuggestedthatthequalityofthefinallydisposedwastewatermetthestandardintheSyntheticStandardofDischargedWasteWater(GB8978󰀁1996).Thisengineer󰀁ingdesignworksefficientlyandisshock󰀁loadproofwithalowcost.

Keywords:coagulationreaction;sedimentation;up󰀁flowanaerobicsludgebed(UASB);biologi󰀁calcontactoxidation

󰀁󰀁江苏某硅科技有限公司主要生产经营单、多晶体硅铸造,单、多晶硅片切割,硅材料清洗,硅片加工切割液(碳化硅、聚乙二醇)废浆料回收等。废水主

要来源于3个工段,分别为切片/开方车间、清洗车间和料理车间产生的废水,其中切片/开方车间和清洗车间的废水混合成一股排放,料理车间废水单独

*收稿日期:2010󰀁11󰀁17;修订日期:2011󰀁01󰀁20

作者简介:郑静(1983-),女,江苏金坛人,南京信息工程大学滨江学院教师,硕士,主要从事环境污染物防治与处理方面的研究,(E󰀁

mail)zhengjing_123@163.com。󰀁第1期郑󰀁静等:单、多晶硅生产废水处理工程实例

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排放。切片/开方车间产生的废水主要污染物为硅

粉、碳化硅和聚乙二醇,清洗车间产生的废水主要污染物为硅粉、碳化硅、聚乙二醇(PEG400)、清洗液和乳酸,料理车间产生的废水主要污染物为HF、HNO3及NaOH。针对单、多晶硅生产废水具有悬浮物和氟化物浓度高、可生化性效果差等特点,目前采用的处理方法有微电解

[4󰀁7]

[1󰀁2]

合,再采用UASB󰀁生物接触氧化工艺进行处理。

1󰀁废水水质水量

含氟废水水量Q=200m/d,设计按10m/h。

清洗包装废水、压滤废水水量Q=2800m3/d,设计按120m3/h。

根据江苏某硅科技有限公司提供的资料和经多次对废水取样分析,设计水质情况如表1所示,排放水要求达到国家标准󰀁污水综合排放标准󰀁(GB8978󰀁1996)第一类、第二类污染物最高允许排放浓度一级标准。

3

3

、混凝沉淀

[3]

、Fenton

氧化等工艺,微电解和Fenton氧化工艺运行管

理难度大,运行成本高。本工程综合环境效益和经济效益,采用两股废水单独预处理,其中含氟废水采用调节pH、化学反应沉淀后再混凝反应沉淀,清洗包装、压滤废水采用混凝反应预处理后两股废水混

表1󰀁进出水水质指标

Table1󰀁Qualityindicatorsofin󰀁and󰀁outflowwater

项目含氟废水清洗、压滤废水排放标准

pH1󰀁685~66~9

󰀁(F-)/(mg/L)

128󰀁󰀁10

󰀁(NH3-N)/(mg/L)

151(NO3-N)

󰀁󰀁15

CODCr/(mg/L)

󰀁5000󰀁100

BOD5/(mg/L)

󰀁2000󰀁30

SS/(mg/L)

󰀂101000󰀁70

2󰀁处理工艺流程及工程设计

含氟废水通过加碱调节pH至7~8之间,为保证氟化物的处理效果,本设计分两段反应。废水首先通过投加CaCl2溶液与废水中的氟化物反应生成CaF2沉淀后,上清液进入第二段反应池,再通过投加混凝剂FeSO4和PAC进一步与废水中剩余的氟化物反应。

切片/开方车间和清洗车间产生的废水由于含有较高的悬浮物,须经预处理后进入后续生化处理。首先调节废水的pH在6󰀁5~8󰀁5之间,再投加混凝剂PAC,PAM,一方面去除废水中的部分有机物,另一方面促进硅粉和碳化硅的沉淀。

经物化处理后的两股废水均进入中间水池,通过泵提升至厌氧池,厌氧采用升流式厌氧污泥床(UASB)。通过厌氧水解酸化处理后,废水中部分难降解的和大分子有机物被水解成可降解的和小分子物质,从而可以提高废水的可生化性,为提高后续的好氧生物处理的效率创造了条件。好氧采用生物接触氧化法,接触氧化池内设有填料。本工艺流程如图1所示。

(1)调节池。废水首先进入调节池,起到调节水量、均匀水质的作用,降低水量、水质的变化对后续处理单元的冲击影响。压滤、清洗废水调节池内设空气搅拌装置,一方面促进废水的混合,另一方面起到预曝气的作用。

(2)混凝反应池。含氟废水调节池中的废水经泵提升至一级混凝反应沉淀池,若氟化物处理效果不理想则进入二级混凝反应沉淀池,进一步去除废水中的氟化物,若第一级处理效果较好,则手动停止第二级加药泵。

压滤清洗废水调节池中的废水经泵提升至混凝反应池,通过调节pH,并投加混凝剂和助凝剂一方面促进硅粉和碳化硅的沉淀,另一方面去除废水中部分有机物。

(3)初沉池。采用辐流式沉淀池来分离废水中的硅粉和碳化硅颗粒,以便为后续生化处理提供基础条件。

(4)UASB(升流式厌氧污泥床)。废水从底部进入UASB反应器,采用脉冲布水器进行布水,废水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。(5)接触氧化池。经厌氧处理后的废水进入好

氧生物接触氧化池,在好氧接触氧化池内,利用好氧微生物吸附、降解水中的有机物。

(6)二沉池。经生物处理的废水混合液在二沉池内进行固液分离。二沉池采用辐流式的系统设计,泥水分离效果好。

(7)污泥的处理。由混凝反应沉淀产生的污泥64

淮海工学院学报(自然科学版)2011年3月

进入物化污泥池,由二沉池产生的污泥进入生化污泥池,分别用螺杆泵压入带式压滤机,分离污泥中的结合水,达到污泥容积的减量化。脱水后的污泥外运填埋或堆肥。

图1󰀁废水处理工艺流程示意图

Fig.1󰀁Schematicdiagramofwastewatertreatmentprocess

3󰀁主要构筑物及设备参数

(1)含氟废水调节池。工艺尺寸(L󰀁B󰀁H)14m󰀁4m󰀁4m;有效水深3󰀁7m;有效容积160m3;HRT16h;设提升泵2台,电磁流量计1套,超声波液位计1套。

(2)一级混凝反应、沉淀池。反应池尺寸(L󰀁B󰀁H)3m󰀁1m󰀁3.5m,分3格;沉淀池尺寸(L󰀁B󰀁H)3m󰀁3m󰀁4m;总反应时间41min;单级反应时间13󰀁5min;沉淀池水力负荷1󰀁27m3/(m2󰀁h);反应池池体采用玻璃钢防腐,内设搅拌装置3套,pH计1套,计量泵4台。

(3)二级混凝反应、沉淀池。反应池尺寸(L󰀁B󰀁H)3m󰀁1m󰀁3.5m,分3格;沉淀池尺寸(L󰀁B󰀁H)3m󰀁3m󰀁4m;混凝反应时间41min;单级反应时间13󰀁5min;沉淀池水力负荷1󰀁27m3/(m2󰀁h);设搅拌装置3套,计量泵3台。

(4)压滤清洗废水调节池。工艺尺寸(L󰀁B󰀁H)15m󰀁14m󰀁4m;有效水深3󰀁7m;有效容积755m3;HRT6󰀁2h;设提升水泵2台,电磁流量计1台,超声波液位计1台。

(5)压滤清洗废水混凝反应池。工艺尺寸(L󰀁

B󰀁H)7.5m󰀁2.5m󰀁3.5m;总反应时间26min;设搅拌装置3套,计量泵3台。

(6)辐流式沉淀池。工艺尺寸(D󰀁H)󰀁14m󰀁4m;水力负荷0󰀁81m3/(m2󰀁h);沉淀时间2h;设周边传动半桥式刮泥机1台。

(7)中间水池。工艺尺寸(L󰀁B󰀁H)11.5m󰀁7.5m󰀁4m;设提升水泵2台,电磁流量计1套,超声波液位计1套;

(8)UASB。分4组;工艺尺寸(L󰀁B󰀁H)19m󰀁18.4m󰀁7.2m;进水COD=4500mg/L,COD去除率E=50%;水力停留时间16h;设计容积负荷3󰀁8kg/(m󰀁d);设计污泥负荷0󰀁5kg/(kg󰀁d);设脉冲布水器4套,三相分离器4套。

(9)好氧生物接触氧化池。分两级处理,利用原有系统中的生化处理池;COD去除率,一级E为80%,二级为80%;BOD去除率,一级E为90%,二级为90%;HRT19h;工艺尺寸(L󰀁B󰀁H)20.9m󰀁18.4m󰀁7m;一级接触氧化池有机污泥负荷率0󰀁69kg/(kg󰀁d);二级接触氧化池有机污泥负荷率0󰀁1kg/(kg󰀁d);回流污泥质量浓度11000mg/L;污泥回流比50%;填料层高度5m,分2层;配三叶罗茨鼓风机4台(3用1备)。

(10)二沉池。工艺尺寸(D󰀁H)󰀁16m󰀁4m;3

󰀁第1期

3

2

郑󰀁静等:单、多晶硅生产废水处理工程实例

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水力负荷0󰀁67m/(m󰀁h);沉淀时间2h;配周边

传动半桥式刮泥机1台,污泥回流泵2台。

所有构筑物均为钢筋混凝土结构。

程师操作站,主要起监视和操作的作用。设备运行正常情况下,运维及管理者通常只需要在工程师站上,即可完全掌握现场的运行状况,并且可控制现场设备的运行,调整参数设置,或做出相应的对策。此模式下,大大精简了人员配置,提高了运行效率。

4󰀁自控系统功能

废水处理站可实现全自动化运行,亦可根据控制需要,实施人工操作。为方便操作,分现场操作箱、控制室操作站和工程师操作站。现场操作箱,可于现场直接对设备进行起停。控制室操作站,以触摸屏为人机界面,运维人员可对其进行操作。通过触摸屏可以实现任何两条废水处理线中任何一台设备的状态,并且通过模拟量模块采集的数据,可直观地监视到现场的各种信息(水位、流量、pH等)。工

5󰀁运行效果与技术经济分析

该工程于2008年6月动工,2009年8月开始调试,调试期约3个月,现已成功运行1年,废水处理效果良好,各单元构筑物的处理效果监测数据如

表2所示。处理后的废水达到排放标准。

表2󰀁各单元的处理效果Table2󰀁Treatingeffectofeachunit

处理单元

含氟废水混凝沉淀出水清洗压滤废水混凝沉淀出水

UASB出水接触氧化池出水

CODCr/(mg/L)

󰀁4500225090

BOD5/(mg/L)

󰀁1900120012

󰀁(NH3-N)/(mg/L)

151(NO3-N)

󰀁󰀁<15

SS/(mg/L)

5060360420

󰀁(F-)/(mg/L)

10󰀁1<1

pH7󰀁5777

󰀁󰀁由表2可知,采用两股废水单独预处理后混

合󰀁UASB󰀁生物接触氧化工艺处理后,CODCr,BOD5,F的总去除率分别达到98󰀁2%,99%,99%。处理效果较好。

该公司生产废水总处理量为3000t/d,工程总造价556󰀁6万元,土建部分计120万元,设备部分计360󰀁8万元,间接费用计75󰀁8万元。运行成本为1󰀁66元/m3(以废水计)。

-

臭气污染,尽量避免造成二次污染,以免对周围环境造成不良影响。工程设计的污水处理装置处理过程尽量简单,便于维护管理。参考文献:

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[J].洛阳工业高等专科学校学报,2005,15(2):19󰀁20.[2]󰀁李芳军.有机硅废水综合处理的试验研究[J].清洗世

界,2010,26(4):23󰀁27.[3]󰀁周建民,张国岭,端木合顺,等.光伏电池单晶硅生产废

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化󰀁混凝沉淀组合工艺处理有机硅废水[J].化工环保,2006,26(1):41󰀁44.

[5]󰀁王云波,谭万春,郑思鑫,等.二级Fenton氧化高浓度

有机硅废水研究[J].环境工程学报,2010,4(4):776󰀁

780.

[6]󰀁李娟,安鹏,王云波,等.Fenton氧化处理高浓度有机

硅废水影响因素研究[J].水科学与工程技术,2009(6):21󰀁23.[7]󰀁庞建峰.Fenton氧化预处理苯胺废水的试验研究[J].

淮阴工学院学报,2010,19(3):76󰀁78.

6󰀁结论

(1)系统自动化程度较高、运行稳定性好,具有很强的抗冲击负荷的能力,管理方便,投资成本和运

行成本均较低,取得了较好的经济效益。

(2)处理工艺先进,针对废水水质进行有效的前处理,以确保后续处理单元的正常运行,整个处理系统具有较大适应性、实用性和先进性,以满足水量水质变化要求,保证出水达标排放,取得了较好的环境效益。

(3)生物处理由二级处理组成,UASB池不仅可去除有机污染物,还可进一步提高可生化性值。

(4)采取适当措施解决污水处理站内的噪声和(责任编辑:褚金红)