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“光伏+污水廠”是環(huán)保新趨勢?你不知道光伏廢水有多難搞!

發(fā)布日期:2022-06-23 14:19:27  |  關(guān)注:4843

最近幾年,在“雙碳”控制目標下,污水處理廠節(jié)能降耗正被提上日程。越來越多的污水廠開始探索光伏發(fā)電的新模式,“污水處理廠+光伏電站”這一組合越來越多地出現(xiàn)在大眾的視野里,比如:

武漢的北湖污水廠,廠區(qū)安裝了54000余塊光伏板,總面積達到18萬平方米,相當(dāng)于25個足球場大小,是國內(nèi)最大的污水處理廠分布式光伏發(fā)電項目。在25年運營期內(nèi),此光伏發(fā)電站每年可發(fā)電約2200萬度,全部用于污水處理廠的生產(chǎn),減少對傳統(tǒng)電力的依賴。此舉可節(jié)約發(fā)電燃煤約0.8萬噸,相當(dāng)于減排約2萬噸二氧化碳(CO?)。

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再比如合肥試點的光伏污水廠包括王小郢污水處理廠、十五里河污水處理廠、小倉房污水處理廠、陶沖污水處理廠,總建設(shè)規(guī)模達16.3兆瓦。這些項目每年可發(fā)電1567萬千瓦時。與相同發(fā)電量的火電廠相比,可以節(jié)約標準煤約5887噸,年減少二氧化碳排放約15753噸,降低粉塵排放約4298噸,節(jié)約電費約105萬元……

我們看到的是光伏+污水廠模式確實有效,降低了發(fā)電成本,然而我們不了解的背后,光伏產(chǎn)業(yè)中的晶硅太陽能電池板生產(chǎn)線需要大量用水,同時產(chǎn)生大量廢水, 這種廢水的可生化學(xué)性差、pH也因工藝不同差距很大、氟離子含量高……

一句話總結(jié),光伏行業(yè)生產(chǎn)廢水真的很難搞!

 



光伏廢水有哪些特點





光伏是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡稱,光伏行業(yè)就是圍繞將光能轉(zhuǎn)化為電能的相關(guān)產(chǎn)業(yè),如單晶硅、多晶硅太陽能電池、組件及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)、集成及運行。

在這些產(chǎn)業(yè)中,晶硅組件市場占有率達到90%,是光伏行業(yè)的主流產(chǎn)業(yè)。據(jù)預(yù)測,到2030年全球光伏累計裝機量有望達1721GW,到2050年將進一步增加至4670GW。而且中國是第一大光伏裝機市場,截止2020年,保持了6年的全球第一。

雖然太陽能是綠色能源,但是作為主流產(chǎn)業(yè)的晶硅材料生產(chǎn)過程可是會產(chǎn)生大量廢水的。在太陽能電池板中,常見的產(chǎn)品就是單晶硅和多晶硅兩種,無論哪一種產(chǎn)品,為了保證晶硅能極大程度的吸收太陽能,在生產(chǎn)過程的工序中都會用鉻酸、硝酸、氫氟酸、硫酸等強氧化性溶液清洗、制絨、刻蝕硅片,同時還要添加異丙醇、乙醇及重金屬作為助劑,所以產(chǎn)生的污水好像煉蠱一樣,“五毒俱全”:pH低,硝態(tài)氮量高、氟離子含量高、可生化性低、含有重金屬等。

近些年生產(chǎn)工藝改進主要是在生產(chǎn)過程中添加液氨、雙氧水等原料,而且排水水質(zhì)需達到《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484-2013)。

 



光伏廢水如何處理?





光伏行業(yè)發(fā)展迅猛,帶來的污水處理自然也是刻不容緩。這幾年來,光伏廢水整體分為兩大類處理模式,分類分質(zhì)處理和混合處理。

分質(zhì)分類處理

晶硅電池板在生產(chǎn)過程基本會經(jīng)過清洗、制絨、切磨、刻蝕等步驟,而且每個工段廢水的主要污染物不相同,水質(zhì)水量差別也較大,如下圖所示:

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晶硅電池板分段工藝生產(chǎn)廢水水質(zhì)參數(shù)(僅供參考)

依據(jù)分質(zhì)收集、分段處理的理念,可以使各處理單元針對主要污染物質(zhì)穩(wěn)定高效的處理,但是處理工序及構(gòu)筑物就會比較復(fù)雜。

對于含氟廢水,可以采用化學(xué)沉淀+混凝的處理工藝。

例如,某個多晶硅片生產(chǎn)廢水處理工程設(shè)計中,針對含氟廢水采用兩級反應(yīng)沉淀工藝,一級沉淀投加 Ca(OH)2和PAM,二級投加CaCl2和PAM,與其他含氟廢水處理不同的是,工藝在產(chǎn)生CaF2的同時投加了PAM。切磨廢水進行了PAC和PAM的混凝沉淀處理,在處理過程每段污水都設(shè)置了調(diào)節(jié)池,缺點是工藝、管網(wǎng)布設(shè)略顯復(fù)雜。

再比如,天津市某生產(chǎn)高壓硅堆、硅材料的廢水,對含氟廢水處理采用的是混凝沉淀工藝,通過投加CaCl2生成CaF2沉淀,后續(xù)投加PAC和PAM加速CaF2的沉降。由于pH是除氟的關(guān)鍵影響因素,所以通過正交試驗確定了混凝劑投加最佳pH為8.5~9.5。

對于有機廢水,通常都是進入生物處理單元,雖然光伏廢水COD含量高,但是可生化性能較差,前期需要進行提高可生化性的處理。

例如,遼寧的某家單晶硅切片生產(chǎn)線廢水,使用的是格柵→混凝沉淀→水解酸化→接觸氧化→MBR膜工藝,處理后50%的廢水達市政管網(wǎng)標準排放至管網(wǎng),另50%廢水經(jīng)臭氧消毒和活性炭吸附可進行回用。其中水解酸化就是為了提高可生化性設(shè)置的。

清洗廢液也屬于高有機廢液,可以采用調(diào)節(jié)→混凝沉淀→厭氧→兼氧→接觸氧化工藝,最終出水能達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的三級排放標準。

混合廢水處理

另一種處理方式是將某幾段生產(chǎn)廢水混合處理,水質(zhì)參數(shù)可參考下圖?;旌咸幚砉に嚬芫€會簡單一些,由于不同段污水酸堿性不同,可酸堿中和以廢治廢,但需要構(gòu)筑物池體體積大,而且為了滿足處理效果,水力停留時間均相同,處理效率沒有分質(zhì)分類處理高。

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晶硅電池板生產(chǎn)綜合廢水水質(zhì)參數(shù)(僅供參考)

例如,將單晶硅太陽能電池各工段廢水通入綜合廢水調(diào)節(jié)池,這樣的的優(yōu)點是可以將酸堿廢液混合達到以廢治廢的調(diào)節(jié)目的。之后選用三級混凝沉淀,前兩級目的是為了除去氟離子,最后一級是為了保證后續(xù)生物處理中防止污泥鈣化,進行除鈣選用的是Na2CO3作為沉淀劑,最后進入兩級A/O工藝去除硝酸鹽和有機物,因為低C/N在兩級工藝厭氧段都有碳源補充,碳源選擇投加乙酸鈉,最終出水能達到《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484—2013)間接排放標準。

再比如,張家港市某多晶硅電池生產(chǎn)含廢水的處理,主要是將清洗制絨和刻蝕工藝段的污水進行混合處理,主要工藝是調(diào)節(jié)→兩級沉淀→砂濾→炭濾→離子交換→兩級反滲透→蒸發(fā)結(jié)晶最終出水達到回用標準,每噸廢水處理成本為17.52元。 

兩種方式異同點對比

兩種處理方法的共同點是:

前期預(yù)處理都采用水質(zhì)調(diào)節(jié)+混凝沉淀,通過pH的調(diào)整,保證混凝沉淀的效果。

無論是分質(zhì)中的有機廢水還是混合處理的廢水可生化性都很差。為了提高微生物抗沖擊性,一般會選擇厭氧處理,為了處理效果穩(wěn)定通常也需要兩級厭氧處理串聯(lián),可以選擇不同的反應(yīng)器,有的工藝為了提高,可生化性設(shè)置水解酸化或是Fenton氧化,再者由于厭氧處理的特點,后續(xù)必須增加一個好氧生物處理。

為了使F-達標排放,Ca2+通常是過量的,那么在除氟后會有Ca2+含量較高的廢水進入生物處理單元,雖然Ca2+是微生物生長必須的,但是過量的Ca2+影響了其它重金屬與一些酶類的正常結(jié)合影響微生物正常代謝,此外微生物呼吸過程產(chǎn)生CO2與Ca2+形成CaCO3包裹在污泥表面,阻礙了微生物與廢水的物質(zhì)流通,也就是污泥鈣化,為了保證生化處理的正常進行,進入反應(yīng)器的Ca2+濃度應(yīng)低于600mg/L,當(dāng)過高時一般選擇投加Na2CO3除鈣。

兩種處理方法的不同點是:

混合處理過程為了達到排放標準,工藝中很多一級單元處理都無法達到理想狀態(tài),所以工藝中常見三級混凝,二級反滲透等。而且各部分廢水酸堿性差異可以達到以廢治廢。

所謂分質(zhì)和分類一般指的是含氟廢水和有機廢水兩大類。在處理時由于部分污染物質(zhì)單一的廢水,經(jīng)處理后可以達到回用,藥劑投加也更為合理,常見的就是含氟廢水的處理以及回用。


結(jié)語

總之,對于光伏生產(chǎn)廢水,兩種處理模式各有優(yōu)勢,單一方式不能經(jīng)濟有效的達到處理要求,而且光伏行業(yè)的蓬勃發(fā)展,工藝的更新,產(chǎn)生的廢水水量、水質(zhì)也隨之變化,國家對工業(yè)廢水處理的標準也越來越嚴格,在應(yīng)用時因根據(jù)實際光伏產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)廢水水質(zhì)水量狀況,靈活采用組合方式,取長補短不僅可以達到處理要求,而且應(yīng)變性也更強。

文章來源:網(wǎng)絡(luò) 環(huán)保水圈

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