太阳能电池废酸液处理工艺设计
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摘要：采用钙沉淀法对太阳能电池酸洗废酸液进行批处理，介绍了各处理构筑物、运行参数及运行费用等技术指标。运行结果表明，用该工艺处理太阳能电池含氟废水，其出水氟离子浓度可达100mg/L以下，出水pH在6-9。
关键词废酸液 酸洗太阳能电池沉淀
太阳能作为一种清洁能源，被越来越广泛的应用。但在太阳能电池生产过程中会有废水排出，如不及时进行处理，将危害周围环境，从而降低太阳能电池能源的清洁度。其中多晶硅生产过程中产生的废酸液是一种污染性强的污染物。
1.废水概况
由于在生产过程中需要对含硅原料用氢氟酸、铬酸、硝酸、盐酸等强酸进行适当的腐蚀，因此产生大量的含氟酸废水。该类废水pH值低，含氟量高，并含有一定量的色度和悬浮物，且水量、水质的变化幅度大，处理难度大。
1.1 废水水量及水质
废酸液水量为80m³/d，排水量不大，但氟离子浓度极高，大约在8000-120000mg/L之间，pH<1。
1.2 出水水质要求
根据该厂废水排放情况，要求废酸液经处理后排放废水中氟离子浓度低于100mg/L，pH为6-9。处理达到该要求的废水再进入下一水处理单元进行综合处理，最终使出厂排水氟离子浓度达标。本文主要讨论高浓度废酸液的处理工艺。
2.废水处理工艺流程
对于高浓度含氟废水（废酸液），目前国内外常用的含氟废水处理方法是沉淀法。其它处理方法如吸附法、离子交换树脂除氟法等，因这些方法的处理成本高，故很难广泛推广应用。因此本次高含氟废水处理采用沉淀法。
沉淀法投加的药剂主要是钙盐等，形成氟化钙沉淀，从而去除氟物质。该方法具有处理工艺简单、运行费用低等特点。现常用钙盐有电石渣、生石灰（氧化钙）和氯化钙等。
其运行原理如下：
Ca2++2F-=CaF2↓
Ca2++SO42-=CaSO4↓
Ca2++2Cl-=CaCl2↓
18℃时氟化钙在水中的溶解度为16×10-3g/L。当水中含有氯化钙等盐类时，由于同离子效应可降低氟化钙的溶解度。
电石渣中含有较多杂质，钙离子的有效成分很少，所以在反应过程中电石渣的用量很大，直接导致产泥量大，污泥处理费用高，溶加药难度大。氯化钙具有纯度高，故泥量少，污泥处理费用低，但药品成本高。
生石灰成本不高，产泥量少，污泥处理费用低。而且生石灰可以用罐车运输，然后直接由增压送入密闭溶加药设备，可以避免二次污染的产生。由于废酸液呈现强酸性，采用生石灰作为投加药剂的另一个优点是它除了可以去除氟离子外，还能起到调节PH值的作用。
综合考虑上述三种药品的优缺点，本设计当时采用氧化钙作为处理废酸液的最佳药品，同时配少量氯化钙使用。
氧化钙粉料由罐车直接送入密闭粉料溶加药设备制成溶液，Ca2+与废酸液中的F-反应产生CaF2沉淀，通过沉淀脱水分离即可除去废液中的氟化物。
由于废酸液水量较小，本次废酸液处理采用批式处理，其具体处理工艺为“调节池+批式处理槽+板框压滤机”。
具体水处理工艺见图1。
废酸液由车间排入到调节池，在调节池内混合均质后经提升泵将废酸液打入批式处理槽内（液位差计控制启停），在搅拌机的作用下加入氧化钙溶液溶液，通过搅拌混合均匀形成氟化钙沉淀，再由污泥泵打入到板框压滤机内进行脱水处理（液位差计控制启停），滤液进入到中水池内，泥饼外运处置。
在处理工程中会有少量挥发性酸以酸雾形式挥发，故设置一套酸雾处理系统。
氧化钙粉料用中水池中处理后的废水溶解成氧化钙溶液，从而减少自来水的用量。
3.主要构筑物设计
（1）调节池：设置重防腐，有效容积为105m3，2台提升泵，耐酸防腐，Q=10m3/h，H=15m，N=1.5kW，内设耐酸防腐型液位计。
（2）批式处理槽：设置重防腐，2套，有效容积为120m3，其中各内置搅拌机1台（耐酸防腐），配耐酸防腐型污泥泵。在批处理槽中投加药剂，生成氟化物沉淀物，从而去除废水中的氟离子。
（3）板框压滤机：对氟化钙沉淀进行脱水，滤液进入中水池。
（4）中水池：设置重防腐，有效容积50 m3，提升泵1台，可将出水打入溶药系统，减少自来水用量，实现出水回用。
4.处理效果分析
处理效果见表1。
表1处理效果一览表
5．运行成本估算
表2运行成本估算表
运行成本分析：从上表可以看出，本处理工艺吨水费用最高的单项费用为药剂费用。经过分析，采用氧化钙作为药剂，经过权衡分析，虽然药剂费用较高，但后期的污泥处理费用低。
经过本套废酸液处理后的废酸液要与低氟水混合后进一步处理，经本系统后可减轻后续处理系统（低氟水）的运行负担，从而降低整套含氟废水（废酸液和低氟水）处理系统的运行成本。
6．结论
太阳能电池生产过程中产生的废酸液（高含氟废水），氟离子浓度高，pH低，水量不大，本次设计采用钙沉淀法对废水进行处理，工艺符合企业排水水质特性，工艺成熟，运行效果稳定；采用自动粉料加药系统，大大的节省了工人的劳动强度，且避免了二次粉尘污染的产生。经过该工艺后，处理出水氟离子浓度小于100mg/L，pH6-9，可进入下一处理单元（低氟水处理单元）进行处理。
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