单晶硅废水处理方案正稿.doc
《单晶硅废水处理方案正稿.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单晶硅废水处理方案正稿.doc（48页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
XXXXX能源有限公司
一厂区废水处理工程
方案设计
（正稿）
Xx省环境工程有限公司
ENVIRONMENTALENGINEERINGCO.LTD.OFPROVINCE
二零零九年四月
XXXXX能源有限公司
一厂区废水处理工程
方案设计
法定代表人：
常务副总经理：
设计二所所长：
设计负责人：
环境工程专项设计证书：
废水处理甲级
证书编号：
1169
浙江省环境工程有限公司
ENVIRONMENTALENGINEERINGCO.LTD.OFZHEJIANGPROVINCE
二零零九年四月
目录
1工程概况 1
2设计依据、原则与范围 2
2.1设计依据 2
2.2设计原则 2
2.3设计范围 3
3污染源调查 3
3.1单晶硅车间生产工艺流程 3
3.2废水水量与水质 6
4设计规模与标准 6
4.1设计水质水量 6
4.2设计处理出水标准 7
5处理工艺的确定 7
5.1废水处理工艺确定 9
5.2设计工艺流程 12
5.3设计工艺流程简述 13
5.4工艺特点 14
5.5预计处理效率 13
6处理设施单元设计 14
6.1主要处理设施及工艺参数 14
6.2主要构（建）筑物、设备一览表 24
7总图运输 26
7.1概述 26
7.2总平面布置 26
7.3竖向布置 27
7.4道路运输 27
7.5绿化 27
8土建方案设计 27
8.1设计依据 27
8.2材料 27
9、电气 28
9.1设计范围 28
9.2设计依据 28
9.3供电电源 28
9.4设备选型 28
9.5电缆线路敷设 29
9.6设备控制 29
9.7防雷接地 29
10、自动控制 29
10.1设计范围 29
10.2设计依据 29
10.3标准排放口 30
11、公用工程 30
11.1给排水 30
11.2消防 31
12、化验分析 32
12.1化验分析任务 32
12.2分析项目 32
12.3分析方法 33
12.4化验设备一览表 33
12.5定员 34
13、环境保护及安全卫生 34
13.1环境保护 34
13.2安全防护和通风 34
14、劳动定员 35
14.1生产班次与定员 35
14.2人员培训 35
15投资概算 35
15.1编制依据 35
15.2土建估算 36
15.3工艺设备估算 36
15.4总投资估算 38
16技术经济指标 38
16.1运行成本分析 38
16.3技术经济指标 40
17施工进度表 41
18售后服务承诺 41
附录1：
废水站平面布置图
附录2：
废水处理工艺流程图
1工程概况
XXXXX能源有限公司成立于2005年4月，位于XXXXX县XXXXX镇工业功能区，总占地约376.2亩，主要从事太阳能电池用单晶硅片和太阳能电池用多晶硅片等产品的生产及销售。
据调查，现有企业共分四个厂区：
一厂区位于宝群路北侧、万泰路西侧，设计生产能力为年产150MW太阳能电池用单晶硅片（同时配备相应的单晶硅片切割能力及前道腐蚀能力；分两期实施，其中一期工程生产能力为60.0MW，二期工程生产能力为90MW），目前已达产；二厂区位于宝群路北侧、德威路东侧，设计生产能力为年产350MW太阳能电池用多晶硅片（同时配备相应的多晶硅片切割能力，但不配备前道腐蚀能力），目前一期建设175MW已处于生产阶段，二期工程正在建设中；三厂区位于德威路西侧、益群路北侧、智泓路东侧，总占地116.3亩，设计生产能力为150MW单晶硅片（同时配备相应的单晶硅片切割能力，但不配备前道腐蚀能力），目前已进入生产阶段；四厂区位于德威路西侧、宝群路北侧、智泓路东侧，设计生产能力为年产350MW多晶硅片（同时配备相应的多晶硅片切割能力），目前尚处于建设阶段，根据企业发展规划，将来一厂区前道腐蚀移至四厂区，一厂区只保留少量腐蚀能力。
企业在单晶硅片和多晶硅片等产品的生产过程中，有一定的废水产生，这些废水种类繁多，所含物质污染危害大，根据国家相关环保法律法规，排放废水需达到国家相应排放标准。
目前企业一厂区排放废水尚未达到规定的排放标准，为此，XXXXX能源有限公司委托XXXXX省环境工程有限公司编制废水处理方案。
我公司接受委托后进行现场踏勘、现有污水处理设施及运行情况的调查。
一厂区原有3套废水处理设施，其中一期是一车间废水物化和生化处理设施，处理规模240T/d，设备老旧，不能正常运行，而且设施较小，离拟新建废水站较远，再利用价值不大，直接淘汰；二期是处理规模480T/d的物化处理设施，运行正常，但处理水量偏小，在本次方案设计中可适当利用现有设备和设施，原调节池和回用水池在本次方案中改作综合调节池和切削液废水调节池，原有的反应塔和沉淀塔作为切削液废水的前端物化预处理；三期是含氟废水处理设施，运行正常，根据业主要求，保留。
本方案是在以上调查工作的基础上并结合我公司在污水治理方面的实践经验、试验结果和专家意见编制的，供专家和领导审查决策之用。
2设计依据、原则与范围
2.1设计依据
（1）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
（2）《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
（3）《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
（4）《供配电系统设计规范》（GB50052-95）
（5）《钢筋混凝工结构设计规范》（GB50010-2002）
（6）《建筑结构荷载设计规范》（50009-2001）
（7）《混凝土结构计规范》（50010-2001）
（8）《建筑设计防火规范》（GB16-87，2001版）
（9）《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）
（10）业主提供的设计水量、水质资料
（11）废水试验结果和类似工程运行情况
2.2设计原则
1.严格执行国家及当地环境保护的各项规定，确保处理出水达到国家排放标准；
2.针对本项目废水特征，采用分类收集和预处理，在运行上有较大的灵活性和可调节性，运行管理费用少,经济合理，以满足长远需要；
3.设备布置合理，结构紧凑，做到占地面积少，投资省；
4.操作管理方便，技术可靠、实用、简单，运行稳定达标。
5．调节池和预处理适当利用原有设施，生化处理设施全部新建。
2.3设计范围
本方案设计范围为浙XXXXX能源有限公司一厂区废水处理工程区块（从调节池到标准排放口之间）的工艺设计、土建结构、电气及自控专业设计，标准排放口根据当地环保部门要求由业主自行建设。
废水进水、排水、供水于废水处理区块范围外1m处与建设单位交接。
供电在配电柜进电总线处交接。
3污染源调查
3.1单晶硅车间生产工艺流程
单晶硅车间生产工艺流程及废水排放情况如图3.1-1所示：
图3.1-1单晶硅车间生产工艺流程及废水排放
工艺流程说明：
①配比装炉、拉晶、冷炉拆炉。
即将成品硅料根据要求与相应的母合金（主要是P、Be等元素含量多一点的硅片，加入量约为硅料加入量的百万分之一）进行混合装入单晶炉内拉晶（控制温度约为1420℃，时间约为30～40h/批，每批生产量约为60kg/炉；拉晶过程中单晶炉内采用液氩作为保护气体；该过程主要是利用高温使高纯硅在单晶炉内熔融并使原子进行有序排列，待有序排列完毕后由单晶炉上方拉晶成柱状硅棒）；硅棒生长完毕后对单晶炉进行冷却（在炉体夹层内通入冷却水对炉体进行冷却，冷却水经冷却塔处理后进行回用），之后将硅棒从单晶炉内卸下，以便后道加工处理。
②去头尾、切方。
即利用切断机对硅棒进行去头尾处理，之后利用切方机对其进行切方处理使其成为规则柱状；该过程本身不产生废水，但在测试之前需对切割后的硅棒进行清洗，产生清黑水。
③测试、分段。
利用各类检测设备对成规则柱状硅棒进行电阻率、氧、碳等成分进行测试，经测试合格后（测试不合格的硅棒则送单晶炉作回炉重新拉晶处理）送入切断机内进行分段处理（一般直径为125mm，长度以30～40cm不等）便得到成品硅棒，分段的目的主要是使硅棒能够顺利进入切片机内进行切片处理；分段过程采用自来水对设备进行冷却，产生废水排入废水处理设施。
此股水中不含其他有机污染物质，主要是切割硅片时产生的硅粉。
④切片。
将分段的成品硅棒送入切片机内进行切片处理（每台切片机需加入250kg切割液及250kgSiC粉末作为冷却液，其在使用过程中经设备自带的过滤装置过滤后循环使用、定期排放；更换量约24.5t/d）；现有企业一厂区切片得到的硅片厚度约为200μm，即1kg硅棒可切割得到50片硅片。
切片过程中本身不向外排放废水。
⑤清洗。
对切好的单晶硅片须进行清洗处理，首先需用自来水对每组硅片进行预冲洗，该过程清洗时间根据硅料不同有所差异，一般在20~30min，控制温度为30~40℃。
此股水水量较大，污染成份主要为切削液、SiC粉末及硅粉。
自来水预冲洗后再进行超声波清洗，超声波清洗工艺流程及废水排放情况如图3.1-2所示：
图3.1-2超声波清洗工艺流程及排放
每条超声波清洗线共设置七格清洗槽，前三格用自来水清洗，后四格用纯水清洗。
前面五格耗水量很小，呈间歇性排放，第一、三两格排水量分别约6.6m3/d；第二格柠檬酸废水约10m3/d；第四、五两格清洗剂废水约10m3/d；第六、七两格为保持硅片的纯净度，纯水需保持常流状态，因此耗水量较大，据厂方提供数据，此股水量约有140m3/d。
超声波清洗水由于一、三格水量很小，且浓度较低，因此在后续水量统计中已忽略或者可认为已并入切削液黑水中。
柠檬酸废水与清洗剂废水虽然水量较小，但浓度较高，不能忽略。
六、七格产生的超声波清洗水水量较大，但实测浓度较低，一般CODcr在300mg/L以下。
⑦离心甩干。
将清洗后的硅片送入离心机内进行甩干处理以去除硅片表面残留的少量水分。
此工序废水量极少，可忽略。
⑧检测、包装、出厂。
对成品硅片进行检测（主要对其电阻率、氧、碳等成分及外观），经检测合格后即可包装出厂。
3.2废水水量与水质
一厂区废水排放情况如表3.2-1所示：
表3.2-1一厂区各股废水排放水量及水质汇总表
序号
废水种类
水量（m3/d）
水质
1
切断、研磨废水
（清黑水）
150
pH7.5；CODCr≤100mg/L；
SS≤750mg/L
2
切削液黑水
400
pH7.5;CODCr≤7500mg/L；SS≤750mg/L
3
柠檬酸废水
300（柠檬酸、清洗剂和纯水的混合总水量）
8
pH1-2；CODCr≤6000mg/L
SS≤537mg/L（数据为8吨柠檬酸浓度）
4
清洗剂废水
4
pH13-14；CODCr≤35000mg/L;SS≤30mg/L（数据为4吨清洗剂浓度）
5
超声波清洗水
288
pH6-9；CODCr≤150mg/L;SS≤50mg/L（数据为288吨超声波清洗水浓度）
6
生活污水
50
pH6～9；CODCr≤450mg/L；
7
混合废水
900
CODCr≤3632
4设计规模与标准
4.1设计水质水量
根据业主要求设计规模留有一定余量，设计处理能力扩大1/3，即1200吨/天。
设计水质水量见表4-1。
表4-1设计水质水量
序号
废水种类
水量（m3/d）
水质
1
切断、研磨废水
（清黑水）
200
pH7.5；CODCr≤100mg/L；
SS≤750mg/L
2
切削液黑水
530
pH7.5;CODCr≤7500mg/L；
SS≤750mg/L
3
柠檬酸废水
400（柠檬酸、清洗剂和纯水的混合总水量）
14
pH1-2；CODCr≤6000mg/L，SS≤537mg/L（数据为8吨柠檬酸浓度）
4
清洗剂废水
6
pH13-14；CODCr≤35000mg/L;SS≤30mg/L（数据为4吨清洗剂浓度）
5
超声波清洗水
380
pH6-9；CODCr≤150mg/L;SS≤50mg/L（数据为348吨超声波清洗水浓度）
6
生活污水
70
pH6～9；CODCr≤450mg/L；
7
混合废水
1200
CODCr≤3648
4.2设计处理出水标准
根据当地环保部门要求，该工程处理后出水必须达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的三级标准，即pH值6～9，CODcr≤450mg/L，BOD5≤300mg/L，SS≤400mg/L。
5处理工艺的确定
5.1废水小试
根据废水组成，切削液废水浓度比较高，生化性比较差，水量比较大，需要单独进行预处理，预处理后与其他废水一起混合进行生化处理，根据这个试验路线，我公司进行了相关试验，试验结果如下：
1、切削液废水预处理
预处理工艺
臭氧氧化
电解
铁碳
一次芬顿
二次芬顿
平均进水浓度
7200
6660
7250
7500
7500
平均出水浓度
6555
5810
6744
5800
5600
去除率（%）
9%
12.7%
7%
22.7%
25.3%
吨废水处理成本（元）
4.00
20.00
18.00
18.00
18.00
说明：
臭氧去除CODvcr效率较低，一次性投资较高，运行成本较低，B/C比可提升到0.2左右。
运行费用高，工程化应用实例较少，去除效率低
去除效率低，运行费用高
去除效率较高，运行费用也相对较高，一次性投资较少，COD的去处量与加药成本成正比，B/C比可提升到0.25左右。
与一次芬顿比较，一次投资适当增加，但运行费用可适当较低。
经过多种试验，确定芬顿氧化可作为切削液废水的预处理方法，但运行费用较高，建议作为改善生化性预处理，具体加药量可随后续生化处理效果来确定增加或减少。
2、生化试验
切削液经过预处理后与其他废水一起混合进行生化试验，生化采用水解酸化+好氧活性污泥法。
时间
进水CODcr
出水CODcr
去除效率
停留时间
第1日
500
/
36h
第3日
500
201
60%
36h
第4日
1168
640
45%
36h
第6日
1350
614
54%
36h
第8日
1350
460
66%
36h
第10日
1450
345
76%
36h
第12日
1450
370
74%
36h
第13日
1500
436
71%
36h
第14日
1500
408
73%
36h
第15日
1500
390
74%
36h
第16日
1500
395
74%
36h
第18日
1800
540
70%
36h
第20日
1800
502
72%
36h
第22日
1800
434
76%
60h
第24日
2000
482
76%
60h
第26日
2000
495
75%
60h
第28日
2000
490
75%
60h
第30日
2200
534
76%
60h
第32日
2200
480
78%
60h
第34日
2200
488
78%
60h
第36日
2500
575
77%
60h
第38日
2500
580
77%
60h
第40日
2500
546
78%
60h
第42日
2500
553
78%
60h
第44日
2800
609
78%
60h
第46日
2800
598
78%
60h
第48日
2800
595
78%
60h
经过试验数据可以得出，当进水浓度浓度超过2000mg/l，出水很难稳定达标；当进水浓度超过2500mg/l，采用传统工艺，出水很难达标。
5.2废水处理工艺确定
根据分析，本项目废水主要污染物是切削液黑水、柠檬酸及清洗剂，三种物质主要物化性能及相应处理措施分析如下：
切削液：
是一种主要是环氧乙烷、环氧丙烷形成的嵌段聚合物。
生化性较差；经过试验，采用催化氧化，把环状打断，改善生化性和去除CODcr。
柠檬酸：
显酸性，B/C比在0.4左右，生化性较好，可直接进入好氧处理。
清洗剂：
是一种由聚氧乙烯类物质组成的非离子型表面活性剂，采用先水解把长链分子变成短链小分子，然后再好氧处理。
切削液黑水浓度高，生化性差，需要单独收集进行预处理，经过臭氧氧化、催化氧化、铁碳和电氧化等试验，经过催化氧化能够有效的改善生化性，B/C比能够从0.1提高到0.25，COD的去除效率在20-35%左右，本方案采用催化氧化作为预处理工艺。
其他废水混合收集后经过混凝沉淀预处理，去除废水中的悬浮物，再跟预处理后的切削液废水一起进行生化处理。
根据二厂区废水站运行情况和生化试验，采用传统生化工艺，进水浓度超过2000mg/l，出水很难稳定达标，而本项目废水经过预处理后，废水浓度仍在2800～3000mg/l左右，如果通过预处理来降低浓度则需要投加大量药剂，运行费用将超过20元/吨废水，费用太高。
本方案采用比较先进的MBR工艺来强化生化处理，一次性投资增加100万左右，但运行费用可降低5元/吨废水左右。
MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。
在传统的废水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。
而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。
由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在3.5g/L左右，从而限制了生化反应速率。
水力停留时间（HRT）与污泥龄（SRT）相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。
系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25%～40%。
传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。
针对上述问题，MBR将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群）的出现，提高了生化反应速率。
同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR具有以下主要特点：
1、出水水质优质稳定
由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零。
同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。
2、剩余污泥产量少
该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低（理论上可以实现零污泥排放），降低了污泥处理费用。
3、占地面积小
生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省；该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。
4、可去除氨氮及难降解有机物
由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。
同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。
5、操作管理方便，易于实现自动控制
该工艺实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。
6、易于从传统工艺进行改造
该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理（从而实现城市污水的大量回用）等领域有着广阔的应用前景。
膜-生物反应器也存在一些不足。
主要表现在以下几个方面：
1、膜造价高，使膜-生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺；
2、膜污染容易出现，给操作管理带来不便；
3、能耗高：
首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是MBR池中MLSS浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高。
5.2设计工艺流程
根据以上分析和认真研究，综合考虑一次性投资和运行费用等方面，确定工艺流程如下：
去污泥浓缩池
切削液调节池
反应塔1
沉淀塔1A
沉淀塔1B
反应塔2
反应塔3
沉淀池2
中间水池
其他废水
综合废水调节池
反应池4
沉淀池3
水解酸化池
MBR池
标准排放口
污泥浓缩池
带式压滤机
污泥外运
污水管线
污泥管线
H2SO4
FeSO4
H2O2
NaOH
H2SO4
FeSO4
H2O2
NaOH
PAC
图5.1：
工艺流程框图
5.3设计工艺流程简述
1、切削液废水单独收集到切削液调节池，投加硫酸调节PH到5，再投加硫酸亚铁和双氧水，进行初步催化氧化，调节池中设置穿孔曝气搅拌。
2、切削液调节池废水用泵提升到反应塔1，投加工业液碱，调节PH到9-10进行混凝沉淀，沉淀污泥排到污泥浓缩池，上清液自流到反应塔2。
3、在反应塔2调节PH到4，再投加硫酸亚铁和双氧水，进行二次催化氧化，
再用泵提升到反应池3，投加工业液碱，调节PH到9-10，，自流到沉淀池2进行混凝沉淀，沉淀污泥排到污泥浓缩池，上清液自流到中间水池。
4、其他废水收集综合调节池，调节PH到中性，用泵提升到反应池4，投加PAC，自流到沉淀池3进行混凝沉淀，沉淀污泥排到污泥浓缩池，上清液自流到中间水池。
5、中间水池废水用泵提升到水解酸化池，水解酸化池上部悬挂组合填料，底部安装穿孔管和潜水搅拌机进行搅拌。
6、水解酸化池出水用泵提升到MBR池，MBR池采用活性污泥法，好氧区的泥水混合液在PW膜区进行泥水分离，污泥回流到水解酸化池和好氧区，清水排到标准排放口。
7、污泥浓缩池污泥经过螺杆泵输送到带式压滤机进行脱水，干泥外运填埋处理，清洗水自流到综合调节池重新处理。
5.4工艺特点
1、根据废水特征分类收集和预处理，切削液采用催化氧化预处理，提高废水生化性，去除部分有机物。
2、采用比较先进的MBR工艺，强化生化处理，降低运行费用，减少剩余污泥量。
3、操作比较灵
升级会员 