摘要：太陽能電池做為一個(gè)綠色無污染的新型產(chǎn)品，現(xiàn)應(yīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。由于其綠色無污染的特點(diǎn)，受到社會(huì)各界的廣泛推廣，擁有良好的前景。受市場引導(dǎo)，生產(chǎn)企業(yè)也層出不窮。如何在生產(chǎn)工程中，如何回收利用生產(chǎn)污水，達(dá)到減少污水排放，節(jié)約水資源的目的，正是本文所探討的問題。

關(guān)鍵字：單晶硅；太陽能電池；生產(chǎn)污水；回收處理

1 單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)廢水濃度和性質(zhì)分析

1.1 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝流程

硅太陽能電池生產(chǎn)中在腐蝕清洗、去磷硅玻璃和石英管清洗等工藝過程中須使用KOH、IPA、鉻酸、HF、HCl、H2SO4等化學(xué)藥品，相應(yīng)的產(chǎn)生含IPA濃廢液廢水和含氟廢液廢水、含鉻廢水。硅太陽能電池的主要生產(chǎn)工序如下：

清洗：清洗的主要目的是去除硅片上的污物。制絨：硅晶太陽能電池的制絨工藝是加入鉻酸或HNO3、HF、H2SO4的強(qiáng)氧化性溶液將切割后硅片上的污物清除，在硅片上形成減反織構(gòu)。

擴(kuò)散：磷擴(kuò)散是在硅片表層摻入純雜質(zhì)原子的過程?？涛g、去PSG：利用HF溶液對(duì)硅片邊緣進(jìn)行腐蝕，去除硅片邊緣的PN結(jié)。去PSG是對(duì)刻蝕后硅片上的磷硅玻璃用氫氟酸等清洗的方法進(jìn)行清除。

等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)：PECVD被使用來在硅片上沉積氮化硅材料。

絲網(wǎng)印刷：是通過絲網(wǎng)印刷機(jī)將銀漿或鋁漿等導(dǎo)電材料印刷在硅片上。

燒結(jié)：該工序通過高溫合金的過程，使印刷上的金屬電極與硅片連接更牢固。

1.2 單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)流程中的污水產(chǎn)生

測(cè)試、包裝、入庫：對(duì)電池片的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，合格則包裝入庫。

2 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)廢水處理工藝設(shè)計(jì)分析

2.1 硅太陽能電池生產(chǎn)的含氟廢液廢水處理工藝分析

目前常用的含氟廢水處理工藝主要有吸附法和沉淀法。

吸附法是指含氟廢水流經(jīng)接觸床，通過與床中固體介質(zhì)進(jìn)行離子交換或化學(xué)反應(yīng)，去除氟化物。此法只適用于低濃度含氟廢水或經(jīng)其他方法處理后氟濃度降至10～20mg/L的廢水。此外，還有冷凍法、離子交換樹脂除氟法、超濾除氟法、電滲析等，但因處理成本高，除氟效率低，至今多停留在實(shí)驗(yàn)階段，很少推廣于工業(yè)含氟廢水治理。

沉淀法是除氟工藝中應(yīng)用最廣泛、適宜于處理高濃度含氟廢水的一種主要方法。常用的沉淀劑有石灰、電石渣、白云石、明礬及可溶性鈣鹽等，傳統(tǒng)處理方法是采用Ca(OH)2進(jìn)行中和反應(yīng)，生成難溶的氟化鈣，以固液分離手段從廢水中去除。但由于在25℃時(shí)，CaF2在水中的飽和溶解度為16.5mg/L，其中F－占8.03mg/L。即使暫不考慮處理后出水帶出的CaF2固形物，也無法達(dá)到現(xiàn)行國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)10mg/L。加大Ca(OH)2用量不但帶來過量的堿度和硬度，造成新的污染，而且余氟濃度也很難降到10mg/L以下。同時(shí)除氟的沉淀過程中受各種反應(yīng)條件影響如pH值、加藥量、反應(yīng)時(shí)間等，單純鈣鹽沉淀難以保證去除率達(dá)到要求。

硅太陽能電池的含氟廢液廢水設(shè)計(jì)中常采用的工藝是鈣鹽沉淀+鋁鹽吸附混凝沉淀的二級(jí)除氟工藝。工藝設(shè)計(jì)在投加Ca(OH)2形成氟化鈣鹽沉淀的同時(shí)，還添加CaCl2。在Ca(OH)2沉淀氟離子的同時(shí)中和pH，反應(yīng)過程中pH控制在8.0～8.5左右沉淀效果較好，要使氟離子排放能夠達(dá)標(biāo)，CaCl2通常是過量投加的，一般在2倍～3倍左右。

考慮到鈣鹽與氟離子產(chǎn)生的氟化鈣沉淀是一種微細(xì)的結(jié)晶，沉淀效果不佳。故通常在加入鈣鹽的基礎(chǔ)上加入混凝劑和絮凝劑，可以保證氟化鈣鹽的沉淀效果。常用的鋁鹽混凝劑主要有硫酸鋁、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁，均有良好的混凝除氟效果。

2.2 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)的含IPA濃堿廢液廢水處理工藝分析

單晶硅太陽能電池有機(jī)生產(chǎn)廢水有IPA廢液和濃度較低的IPA廢水。主要的有機(jī)污染物為異丙醇（IPA）。其BOD5/CODCr>0.6，COD濃度較高。濃堿廢液中所含IPA濃度約在25000mg/L，COD濃度高達(dá)50000mg/L。IPA廢水所含IPA濃度約在1000mg/L左右，COD濃度約為3000mg/L。兩者如果混合在一期排放，混合后的廢水COD濃度在5000mg/L左右。

含IPA廢水處理工藝有蒸餾法，厭氧好氧生物處理法等。有相關(guān)文獻(xiàn)[2]介紹采用蒸餾、精餾、吸附組合工藝回收環(huán)酯草醚工藝廢水中的異丙醇，通過程序升溫控制熱媒與物料溫差在17～20℃對(duì)廢水進(jìn)行蒸餾預(yù)處理，再經(jīng)過精餾和吸附處理后，得到的異丙醇含量不低于98.5%，含水率不超過0.5%，總收率大于82.2%，回收效果非常明顯。但此工藝耗能較大，運(yùn)行成本較高。如含IPA廢液和含IPA廢水分開收集至廢水處理站，由于IPA濃堿廢液流量不大，含IPA的濃度也較高，采用精餾工藝經(jīng)濟(jì)可行的。

低濃度IPA廢水由于濃度不高，采用精餾工藝處理效果不明顯，且能耗大。硅太陽能電池生產(chǎn)廢水中排出的異丙醇廢水BOD5／COD約為0.40，COD濃度在3000mg／L左右，通常采用好氧工藝處理。

研究表明水解酸化具有提高異丙醇廢水可生化性的功能[3]，水解酸化處理后BOD5／COD提高至0.50左右，在進(jìn)水COD為2000～3000mg／L條件下，采用水解酸化-好氧生化工藝處理，COD總?cè)コ士蛇_(dá)90%左右，BOD5

總?cè)コ士蛇_(dá)95%左右。

2.3 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)的含鉻廢液廢水處理工藝分析

含鉻廢水的處理最常用的方法有還原沉淀法、電解法沉淀法、膜分離法、生物法等；其中還原法、電解法沉淀法運(yùn)用較多，工藝成熟，運(yùn)行穩(wěn)定。生物法治理含鉻廢水，國內(nèi)外都是近年來開始的，目前主要運(yùn)用在于大、中、小型電鍍廠的廢水處理。

目前在硅太陽能電池生產(chǎn)廢水處理中運(yùn)用較多的是還原沉淀法，該法是利用硫酸亞鐵、亞硫酸鹽等還原劑將廢水中六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻離子，并調(diào)整pH值，使三價(jià)鉻形成氫氧化鉻沉淀除去。還原沉淀法在加亞硫酸鹽進(jìn)行還原的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸性氣體。設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置廢氣收集裝置和廢氣洗滌塔對(duì)酸性氣體進(jìn)行處理后排放。還原沉淀法通常在第一反應(yīng)池中先將廢水用硫酸調(diào)pH值至2～3，再加入還原劑，在下一個(gè)反應(yīng)池中用NaOH或Ca(OH)2調(diào)pH值至7～8，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝劑，使Cr(OH)3沉淀除去。

2.4 酸霧洗滌塔排水處理工藝分析

酸霧塔排水中含有IPA、HF、HCl、NaOH等污染因子。廢水中的氟離子≤800mg/L，COD≤1000mg/L，因流量較小，且氟離子的排放標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)，一般將酸霧塔排水接入一般含氟廢水調(diào)節(jié)池進(jìn)行除氟處理。

2.5 單晶硅太陽能電池生產(chǎn)廢水回用工藝分析

在硅太陽能電池生產(chǎn)廢水中，含IPA的濃堿廢液和濃氟廢水中污染物的濃度較高，經(jīng)處理后其中仍含有較高濃度的污染物，將其進(jìn)入膜系統(tǒng)處理回用會(huì)加重膜系統(tǒng)的污染程度，縮短膜元件的使用壽命，直接增加了廢水回用的成本，而且會(huì)影響膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此建議濃氟和濃堿廢水單獨(dú)達(dá)標(biāo)處理后直接外排，不作為回用原水。

回收率是回用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。設(shè)定時(shí)要考慮原水中含有的難溶解性鹽的析出極限值(飽和指數(shù))、給水水質(zhì)的種類和產(chǎn)水水質(zhì)。通常，單位面積產(chǎn)水量J和回收率R設(shè)計(jì)的過高，發(fā)生膜污染的可能性大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗膜系統(tǒng)的頻率會(huì)增多，維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的費(fèi)用增加。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，在條件可能的條件下，希望寬余的設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量和回收率。

目前市場上多數(shù)膜廠家的建議回收率一般在70％～75％左右比較合適，這樣使膜元件在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下使用，可以延長膜的使用壽命。根據(jù)筆者的統(tǒng)計(jì)，光伏行業(yè)低污染水如一般酸堿、含氟廢水、冷卻塔排污水和RO濃水中污染物濃度較低，占總排放量的70％左右。經(jīng)達(dá)標(biāo)處理后其中污染物濃度已經(jīng)非常低，適合作為回用水。這種低污染水通過大通量超低壓反滲透膜后回收率可定在75％，那廢水的總回用率就在75％×70％＝52.5％，也就是說，通常廢水回用控制在50％左右，在目前的排放標(biāo)準(zhǔn)要求下是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

通常廢水回用可以按照如下工藝：廢水處理出水→回用原水池→原水泵→多介質(zhì)過濾器→超濾裝置→增壓泵→活性炭吸附→離子交換→保安過濾器→高壓泵→反滲透→回用水箱。

3 結(jié)語

單晶硅太陽能電池已經(jīng)越來越多的運(yùn)用在社會(huì)的各行各業(yè)，已經(jīng)成為綠色新能源的代名詞。對(duì)電池生產(chǎn)過程中排放的廢水污染進(jìn)行及時(shí)恰當(dāng)?shù)目刂?，積極承擔(dān)相應(yīng)社會(huì)責(zé)任也進(jìn)入硅電池產(chǎn)業(yè)前的必修課。

參考文獻(xiàn)

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