CN101456640B - 一种晶体硅制绒废水的处理方法以及该处理方法所用的系统 - Google Patents

一种晶体硅制绒废水的处理方法以及该处理方法所用的系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于晶体硅太阳电池制绒工艺领域,具体而言,本发明涉及一种晶体硅制绒废水的处理方法以及该处理方法所用的系统。本发明提供的晶体硅制绒废水的处理方法为:通过加热晶体硅制绒废水,并调节压力和pH值后,在真空状态下对该废水进行吹脱;将从该废水中吹脱的异丙醇气态混合物经由冷凝器冷凝,得到一定浓度的异丙醇,完成一次处理,同时将该废水的COD降至较低水平。另将一次处理后的异丙醇回收液进行二次处理后得到浓度较高的异丙醇回收液。通过本发明的晶体硅制绒废水的处理方法能够从晶体硅制绒废水中有效回收异丙醇并有效降低COD。

Description

一种晶体硅制绒废水的处理方法以及该处理方法所用的系
技术领域
[0001] 本发明属于晶体硅太阳电池制绒工艺领域,具体而言,本发明涉及一种晶体硅制 绒废水的处理方法以及该处理方法所用的系统。
背景技术
[0002] 自从太阳电池问世以来,提高太阳电池的转换效率一直是科学家和工程师们努力 追求的目标。改善太阳电池本征特性和提高太阳电池吸收光的能力是提高太阳电池转换效 率的两个主要方向。减反射膜和绒面是提高太阳电池吸收光的主要手段。因此,在太阳电 池领域中,怎样制备一个有效的绒面是一个非常热门的课题。
[0003] 所谓的绒面就是指存在于物体表面上的一系列有规则或无规则的高低不同和大 小不同的表面形状。由于绒面的存在,物体表面的反射率就会大大降低。换句话说,物体表 面的绒面可增加光的吸收。因此绒面技术被广泛地应用在太阳电池领域。
[0004] 晶体硅片绒面制备技术开发得较早,并且比较成熟。在晶体硅太阳电池的制备过 程中,通常利用晶体硅[100]和[111]不同晶向在碱溶液中各向异性腐蚀特性,在表面形成 类似于“金字塔”的绒面结构,使得入射光在硅片表面多次反射,从而提高入射光的吸收效 率,进而提高晶体硅太阳电池的转换效率。
[0005] 晶体硅制绒工艺比较复杂,可以采用酸制绒或碱制绒方法,碱制绒方法一般可分 为以下几种:(l)NaOH+IPA ; (2)Na0H+IPA+NaSi03 ; (3)Na0H+CH3CH20H。其中,使用的化学添 加剂有两种,一种是IPA(异丙醇),另一种是工业酒精。加入异丙醇后,可以使反应加快,异 丙醇在方法(1)或(2)中主要起消除气泡的作用。通过上述方法(1)或(2)进行晶体硅制 绒会产生大量异丙醇和COD (chemical oxygen demand,化学需氧量,又称为化学耗氧量,是 表示水质污染度的重要指标之一)含量较高的废水。
[0006] 排放上述废水要通过曝气将异丙醇吹脱,将其完全吹脱需要比较长的时间,并且 产生的异丙醇气体容易污染环境,这阻碍了该种废水曝气处理工艺的发展和应用。尽管采 用芬顿(fenton)反应试剂可以将上述废水中的有机态异丙醇氧化为无机态去除,但需要 较大的经济投入,同时不利于环保需求及该废水中的异丙醇的再利用,这阻碍该种废水处 理方法的在制绒废水处理中大规模应用。
[0007] 另外,异丙醇的价格较高,如果能够从晶体硅制绒废水中有效回收异丙醇,还可以 降低生产成本。因此,如何从晶体硅制绒废水中有效回收异丙醇并降低C0D,减少浪费,保护 和改善环境,是太阳电池生产领域中急待解决的难题之一。
发明内容
[0008] 本发明的一个目的是提供一种晶体硅制绒废水的处理方法,以从晶体硅制绒废水 中有效回收异丙醇并降低COD。
[0009] 本发明的另一个目的是提供一种晶体硅制绒废水处理方法所用的系统。
4[0010] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种晶体硅制绒废水的处理方法,该方法 包括以下步骤:
[0011] 1)在将晶体硅制绒废水原水从原水池中输送至预处理池的同时将蒸汽压力调节 至0. 3〜0. 5Mpa后,对该原水进行密闭循环加热,同时调节该原水的PH值,其中调节压力 的目的是防止压力过高导致高温气体及水喷出伤人;
[0012] 2)将上述预处理池内的经过加热和pH值调节的原水输送至保温密闭真空罐内, 利用压缩空气或其他压力介质如氮气、蒸汽等对其进行曝气,将异丙醇从该原水中吹脱;
[0013] 3)将从原水中吹脱的异丙醇与水蒸汽的混合气体输送至冷凝器进行冷凝,从而得 到浓度较高的异丙醇水溶液;
[0014] 4)将处理过的原水排放至常规处理原水池如酸碱废水原水池、酸碱废水处理池等 进行常规处理,通过连续曝气、均质调节、pH值调节等达到排放要求后排放。
[0015] 如上所述,步骤1)中对废水原水进行密闭循环加热后的温度为60〜80°C ;所述加 热蒸汽为市政蒸汽,但不局限于市政蒸汽,例如还可以使用自备锅炉产生的蒸汽;PH值的 调节是采用酸或碱进行调节,所述酸或碱为工业级,但不限于工业级,例如还可以使用分析 级的酸或碱,优选为无机酸或碱,所述酸优选为盐酸、硫酸或磷酸,所述碱优选为氢氧化钠、 氢氧化钙、氢氧化钾或氨水。
[0016] 另,如上所述,步骤2)中是将经过加热和pH值调节的原水输送至保温密闭真空罐 后,通过真空泵对上述经过温度和PH值调节的原水进行抽真空处理,同时利用蒸汽对其进 行保温加热,其中,所述真空泵为水冷无油型,所述蒸汽为市政蒸汽,但不局限于市政蒸汽, 例如还可以使用自备锅炉产生的蒸汽。
[0017] 另,如上所述,步骤3)中所述冷凝器为管壳式,但不局限于管壳式;冷凝过程中使 用的冷源为工业冷冻水,供水水温为:7〜12°C,但不限于冷冻水,例如还可以使用工艺冷 却水等。
[0018] 另,如上所述,为了提高异丙醇的回收率并降低异丙醇对后段管道的腐蚀,本发明 的晶体硅制绒废水的处理方法还包括以下步骤:利用真空泵将在所述冷凝器中未完全冷凝 的异丙醇与水蒸汽的混合残留气体以及部分冷凝液抽至汽水分离器,在汽水分离器内进行 分离,分离后的液体排至原水池。其中,进行汽水分离使用的汽水分离器为定制的非标容 器,但不限于此,还可以使用其他国标的汽水分离器。
[0019] 另,如上所述,本发明的晶体硅制绒废水的处理方法还包括以下步骤:对回收得到 的异丙醇水溶液进行二次处理。其中,所述二次处理是指将累积的浓度较高的异丙醇水溶 液输送至预处理池或真空罐内进行二次处理,将二次处理后的废水排放至原水池进行循环 处理。这是一个重复进行的过程,此过程开始前需要将预处理池和真空罐内的原水排空。
[0020] 如上所述,根据本发明的目的,本发明的晶体硅制绒废水处理方法还包括以下步 骤:对所述异丙醇尾气进行洗涤吸附。该步骤包括:通过引风机将原水池、预处理池、冷凝 器和汽水分离器中的异丙醇尾气引至洗涤塔,利用鲍尔环填料增大汽水接触面积,采用自 来水对异丙醇尾气进行循环洗涤吸附。经过洗涤吸附后的尾气通过洗涤塔的排风管排至高 空。在整个洗涤吸附过程中,异丙醇尾气被自来水吸附,尾气浓度降低至有关尾气排放标准 后排入大气,循环洗涤水定期排放至原水池进行循环处理。
[0021] 如上所述,通过本发明的晶体硅制绒废水的处理方法能够从晶体硅制绒废水中有效回收异丙醇并降低COD。
[0022] 根据本发明的另一目的,本发明还提供了一种用于处理晶体硅制绒废水的系统, 该系统包括:
[0023] 原水池,用于储存晶体硅制绒废水原水;
[0024] 预处理池,其与原水池相连,在其中调节上述原水的温度和pH值;
[0025] 真空罐,其与预处理池相连,用于对上述经过温度和pH值调节的原水进行曝气, 将异丙醇从该原水中吹脱;
[0026] 冷凝器,其与真空罐相连,可以为串联或并联的两级冷凝器,用于对被吹脱的异丙 醇进行两级冷凝,其中所述冷凝器为管壳式;和
[0027] 收集容器,用于回收从冷凝器中排出的浓度较高的异丙醇溶液,其可以为回收储 液罐,与冷凝器相连。
[0028] 本发明的用于处理晶体硅制绒废水的系统进一步包括:汽水分离器,其通过真空 泵与所述冷凝器相连,用于将未完全冷凝的异丙醇和水蒸汽的残留气体与抽出的冷凝液进 行分离,并降低异丙醇对后段管道的腐蚀。
[0029] 另,如上所述,根据本发明的目的,本发明的用于处理晶体硅制绒废水的系统进一 步包括:洗涤塔,其通过引风机和管道与所述原水池、预处理池、冷凝器和汽水分离器相连, 用于对异丙醇尾气进行循环洗涤吸附。
[0030] 另外,根据本发明的目的,本发明的用于处理晶体硅制绒废水的系统采用集中控 制的原理,现场采集各重要参数,控制柜的触摸屏上设置系统画面、操作界面、报警界面等, 可直观的监控现场设备的整个工作流程及操作现场设备,可以通过以太网与其他系统上位 机实现链接,进一步实现远程控制和操作功能。
[0031] 本发明提供的用于处理晶体硅制绒废水的系统能够使本发明提供的处理方法更 有效地实施,能够有效地从晶体硅制绒废水中回收异丙醇,同时能够有效地降低晶体硅制 绒废水中的COD。
[0032] 本发明提供的晶体硅制绒废水的处理方法以及该处理方法所用的系统可以应用 于对光伏电池生产过程中的废水的处理,特别是晶体硅制绒废水的处理中,具有很好的实 际处理效果,从而为光伏电池废水处理行业提供了一个有效的处理方法以及系统。
附图说明
[0033] 图1为本发明提供的用于处理晶体硅制绒废水的系统的示意图,其中,在该 系统中略去电气和自控系统,CDA为压缩空气(CompressedAir)的缩写,IPA为异丙醇 (Isopropanol)的缩写,另外其中虚线表示二次处理的过程。
具体实施方式
[0034] 实施例1
[0035] 参照图1所示,从晶体硅制绒废水原水池将异丙醇含量为1〜2%的5吨原水输送 至预处理池并利用市政蒸汽加热至60士3°C、pH值调节至6,然后输送至真空罐,利用微量 蒸汽对其进行保温,同时利用压缩空气在真空罐内进行曝气,并在进行曝气的同时进行抽 真空,维持真空罐内真空度在-0. 04〜-0. 085MPa,保持真空罐内温度在40〜60°C,曝气时间为30min,同时抽真空时间为40min,被真空泵抽出来的气体在串联冷凝器内,通过工业 冷冻水供回进行冷凝,工业冷冻水的温度即冷凝温度设定为12°C,冷凝后的液体定期排放 至回收液储罐。真空罐内曝气后的液体排放至常规处理原水池进行常规处理。通过以上步 骤,得到的一次回收异丙醇浓度测定为10. 15%, COD去除率为57.61%。
[0036] 本实施例中,进一步包括将累积的一次回收异丙醇溶液再次输送到预处理池,重 复上述步骤进行二次处理,得到的二次回收异丙醇,浓度测定为31. 24%。
[0037] 本实施例中,还包括利用真空泵将在冷凝器中未完全冷凝的异丙醇与水蒸汽的混 合残留气体以及部分冷凝液抽至汽水分离器,在汽水分离器内进行分离,汽水分离器内的 水被排至晶体硅制绒废水原水池,异丙醇与水蒸汽的混合残留气体经引风机与晶体硅制绒 废水原水池内和预处理池内的挥发气体一起在洗涤塔内被洗涤和循环吸附,引风机底部及 洗涤塔的冷凝液和循环水被定期排至晶体硅制绒废水原水池,洗涤尾气通过排风口排放至 大气。
[0038] 实施例2
[0039] 采用与实施例1中类似的工艺流程,将异丙醇含量为1〜2%的4吨原水加热 至75°C、pH值调节至10,输送至真空罐,微量蒸汽对其保温,曝气时间设定45min,同时抽 真空时间设定60min,冷凝温度设定9°C,采用串联冷凝器。一次回收异丙醇浓度测定为 15. 15%,COD去除率为63. 5%。二次处理后,得到的二次回收异丙醇,浓度测定为37. 31 %。
[0040] 实施例3
[0041] 采用与实施例1中类似的工艺流程,将异丙醇含量为10%左右的4吨一次处理回 收液加热至75°C、pH值调节至10,输送至真空罐,微量蒸汽对其保温,曝气时间设定45min, 同时抽真空时间设定60min,冷凝温度设定9°C,采用串联冷凝器。二次回收异丙醇浓度测 定为40. 31%, COD去除率为50. 44%。
[0042] 本发明提供的晶体硅制绒废水的处理方法与现有的废水处理方法对比分析:
[0043] COD去除通常采用多级过滤、生物处理、芬顿反应等方法,多级过滤通常需要较大 的设备投入,并且在工艺过程中容易产生二次污染,一些过滤单元主要起到一个截流作用, 而反洗时通常将所截流的污染物排放掉,这部分废水仍需处理,COD去除率可以达到95% 以上。采用生物处理方法时需要较大的场地面积,这不太符合现阶段工业生产集约化用地 的要求,并且工艺条件要求比较严格,C0D去除率在60%左右。采用芬顿反应可以将晶体硅 制绒废水的C0D有效去除(去除率在75%左右),但同时也将废水中的有用物质去除掉并 且需要长期的药剂成本投入。
[0044] 综上所述,采用以上方法虽然可以将C0D的去除率控制在50%〜98%之间,但废 水中的有用物质同时也将被去除,没有将晶体硅制绒废水中的异丙醇的回收和利用。对比 前述三个方法,由本发明的实施例可以明显看出:采用本发明的晶体硅制绒废水处理方法 和用于处理晶体硅制绒废水的系统,可以兼顾去除晶体硅制绒废水中的C0D与回收该废水 中异丙醇的要求,并且能够达到很好的效果。

Claims (12)

  1. 一种晶体硅制绒废水的处理方法,该方法包括以下步骤:1)在将晶体硅制绒废水原水从原水池中输送至预处理池的同时将蒸汽压力调节至0.3~0.5Mpa后,对该原水进行密闭循环加热,同时调节该原水的pH值;2)将上述经过加热和pH值调节的原水输送至保温密闭真空罐内,利用压缩空气对其进行曝气,将异丙醇从该原水中吹脱;3)将从原水中吹脱的异丙醇与水蒸汽的混合气体输送至冷凝器进行冷凝,从而得到浓度较高的异丙醇水溶液;4)将处理过的原水排放至常规处理原水池进行常规处理后排放。
  2. 2.根据权利要求1所述的晶体硅制绒废水的处理方法,该方法进一步包括以下步骤: 将在所述冷凝器中未完全冷凝的异丙醇与水蒸汽的混合残留气体以及部分冷凝液抽至汽 水分离器,在汽水分离器内进行分离,分离后的液体排至原水池。
  3. 3.根据权利要求1所述的晶体硅制绒废水的处理方法,该方法进一步包括以下步骤: 对回收得到的异丙醇水溶液进行二次处理。
  4. 4.根据权利要求2所述的晶体硅制绒废水的处理方法,该方法进一步包括以下步骤: 对所述原水池、预处理池、冷凝器和汽水分离器中的异丙醇尾气进行洗涤吸附。
  5. 5.根据权利要求1〜4中任一项所述的晶体硅制绒废水的处理方法,其中,步骤1)中 使用市政蒸汽或自备锅炉蒸汽对所述原水进行加热。
  6. 6.根据权利要求1〜4中任一项所述的晶体硅制绒废水的处理方法,其中,步骤2)中 是将经过加热和PH值调节的原水输送至保温密闭真空罐后,通过真空泵对上述经过温度 和PH值调节的原水进行抽真空处理,同时利用蒸汽对其进行保温加热,所述真空泵为水冷 无油型。
  7. 7.根据权利要求1〜4中任一项所述的晶体硅制绒废水的处理方法,其中,步骤3)中 所述冷凝器为管壳式,冷凝过程中使用的冷源为工业冷冻水,供水水温为7〜12°C。
  8. 8.根据权利要求3所述的晶体硅制绒废水的处理方法,其中,所述二次处理是指将累 积的浓度较高的异丙醇水溶液输送至预处理池或真空罐内进行二次处理,将二次处理后的 废水排放至原水池进行循环处理。
  9. 9. 一种根据权利要求1〜8中任一项所述的晶体硅制绒废水的处理方法所用的系统, 该系统包括:原水池,用于储存晶体硅制绒废水原水;预处理池,其与原水池相连,在其中调节上述原水的温度和pH值;真空罐,其与预处理池相连,用于对上述经过温度和pH值调节的原水进行曝气,将异 丙醇从该原水中吹脱;冷凝器,其与真空罐相连,用于对被吹脱的异丙醇进行冷凝,其中所述冷凝器为管壳 式;和收集容器,用于回收从冷凝器中排出的浓度较高的异丙醇溶液。
  10. 10.根据权利要求9所述的晶体硅制绒废水的处理方法所用的系统,该系统进一步包 括:汽水分离器,其与所述冷凝器相连,用于将未完全冷凝的异丙醇和水蒸汽的残留气体与 抽出的冷凝液进行分离。
  11. 11.根据权利要求10所述的晶体硅制绒废水的处理方法所用的系统,该系统进一步包括:洗涤塔,其与所述原水池、预处理池、冷凝器和汽水分离器相连,用于对异丙醇尾气进行 循环洗涤吸附。
  12. 12.根据权利要求9或10所述的晶体硅制绒废水的处理方法所用的系统,其中,所述冷 凝器为串联或并联的两级冷凝器。
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