CN116813155A - 一种硅片切割液废水的处理系统及方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅片切割液废水的处理系统及方法和应用，所述处理系统包括依次连接的一级臭氧装置、一级好氧装置、二沉池、二级臭氧装置、二级好氧装置和三沉池。本发明提供的处理系统和方法能够利用臭氧‑生化组合实现对硅切片废水的处理，且处理方法简单，处理系统产地面积小，污泥产生量小，处理成本低，并且处理后的废水完全能够满足排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种硅片切割液废水的处理系统及方法和应用。
背景技术
硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键技术之一，国内大多采用多丝线切割技术。多丝线切割技术切割过程会使用大量切割液，切割液的主要成分为聚乙二醇和碳化硅，在对硅片进行切割后，产生的废水中除了含有切割液外，还有异丙醇、丙烯醇、乳酸、铁粉及单晶硅粉等。对切割废液（砂浆）回收后残留的聚乙二醇、碳化硅颗粒、硅粉、铁粉以及回收过程使用的化学试剂是切割液废水中有机物和悬浮物的主要来源。
硅片切割液废水中悬浮物浓度高且含有大量复杂的有机成分，属于酸性高浓度难降解有机废水，是硅片生产中较为严重的污染问题。大多数采用混凝沉淀-水解酸化-生物接触氧化、铁碳微电解，膜分离法等工艺处理，但外排水COD较高，不能满足越来越严格的达标排放的要求。
因此，想要提供一种处理简单、成本较低且能够达到排放要求的硅片切割液废水的处理方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅片切割液废水的处理系统及方法和应用。本发明提供的处理系统和方法能够利用臭氧-生化组合实现对硅切片废水的处理，且处理方法简单，处理系统产地面积小，污泥产生量小，处理成本低，并且处理后的废水完全能够满足排放标准。
第一方面，本发明提供了一种硅片切割液废水处理系统，所述处理系统包括依次连接的一级臭氧装置、一级好氧装置、二沉池、二级臭氧装置、二级好氧装置和三沉池。
由于硅片切割液废水中含有大量复杂的有机成分，且悬浮物浓度高，因此，其属于高难度难降解的有机废水，若仅采用单一的废水处理工艺，则处理效率低，且大多数有机物无法降解，难以实现排放标准。而本发明提供的硅片切割液废水处理系统能够通过采用臭氧-生化组合工艺的方式，使处理后的硅片切割液废水满足排放标准，具体而言：
当待处理废水通入本发明提供的处理系统后，在臭氧装置中，先利用臭氧气浮除去微米级硅粉及氧化硅颗粒等悬浮物，同时臭氧还可以对大分子的有机物进行降解；而后在好氧装置中，利用好氧微生物等对降解后的有机物进行进一步降解，最后再次通过臭氧-生化组合的方法处理，完全能够确保废水达到排放的标准。
作为本发明的一种优选技术方案，所述一级好氧装置和所述二级好氧装置中均含有活性污泥。
作为本发明的一种优选技术方案，所述一级臭氧装置和所述二级臭氧装置均包括臭氧气浮区和臭氧催化氧化区；所述臭氧气浮区用于对废水进行气浮处理，所述臭氧催化氧化区用于对废水进行氧化处理。
本发明所述的臭氧装置和好氧装置均可以采用目前现有的装置进行组合即可，本发明提供的污水处理系统无需额外增加占地面积和体积，占地面积小，处理成本低。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理系统还包括浮渣收集装置，所述浮渣收集装置与所述臭氧气浮区相连，用于收集一级臭氧装置中产生的气浮浮渣。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理系统还包括污泥浓缩装置，所述污泥浓缩装置与所述二沉池、所述二级臭氧装置和所述三沉池相连。
作为本发明的一种优选技术方案，所述处理系统还包括第一回流管道和第二回流管道，所述第一回流管道连接所述二沉池和所述一级好氧装置，所述第二回流管道连接所述三沉池和所述二级好氧装置。
通过设置回流装置，能够保证好氧装置中的污泥量，维持曝气池内的污泥浓度，进而保证生化反应的持续进行，且此种操作还能够保证污泥的产生量小，降低处理成本。
作为本发明的一种优选技术方案，一级臭氧装置和二级臭氧装置中均还包括了pH变送器、臭氧浓度计、ORP变送器、过氧化氢计量泵、进水流量计连接PLC自控装置等，一方面能够实现对处理过程的监控，另一方面能够实现自动化控制。其中：ORP为氧化还原电位，通过臭氧装置出水的ORP值，判断出水中的臭氧或过氧化氢残余量，通过PLC控制过氧化氢加药量，避免影响后续生化作用。
作为本发明的一种优选技术方案，一级好氧装置和二级好氧装置中，均设置有曝气装置，需投加维持微生物所需微量元素，利用微生物消化分解经臭氧氧化分解后的有机物，去除COD，和吸附部分硅粉、碳化硅颗粒。
第二方面，本发明提供了一种利用第一方面所述的处理系统处理硅片切割液废水的方法，所述方法包括如下步骤：
待处理废水进入一级臭氧装置中依次进行气浮处理和氧化预处理，然后进入一级好氧装置中进行生化处理，最后进入二沉池进行沉淀；
二沉池中的上清液进入二级臭氧装置，经过臭氧-过氧化氢处理后，进入二级好氧装置中进行第二次生化处理，最后通过三沉池排放上清液。
作为本发明的一种优选技术方案，所述方法包括如下步骤：
（1）待处理废水进入所述一级臭氧装置中的臭氧气浮区进行气浮处理，浮渣通过浮渣收集装置进行收集处理；
（2）气浮处理后的废水进入所述一级臭氧装置中的臭氧催化氧化区进行氧化预处理，同时，在所述一级臭氧装置中的臭氧催化氧化区中引入过氧化氢，并加入氢氧化物调节溶液pH值为7-8.5，例如7.5、7.8、8.0、8.2等；
（3）氧化预处理后的废水进入所述一级好氧装置，与其中含有的活性污泥进行第一次生化处理；
（4）第一次生化处理后的废水进入所述二沉池进行沉淀，部分沉淀污泥通过第一回流管道回流至所述一级好氧装置中，剩余部分沉淀污泥流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（5）二沉池中的上清液进入所述二级臭氧装置中的臭氧气浮区进行气浮处理，污泥浮渣流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（6）二级臭氧装置中气浮处理后的废水进入所述二级臭氧装置中的臭氧催化氧化区进行氧化处理，同时，在所述二级臭氧装置中的臭氧催化氧化区中引入过氧化氢，并加入氢氧化物调节溶液pH值为7-8.5，例如7.5、7.8、8.0、8.2等；
（7）氧化处理后的废水进入所述二级好氧装置，与其中含有的活性污泥进行第二次生化处理；
（8）第二次生化处理后的废水进入所述三沉池进行沉淀，部分沉淀污泥通过第二回流管道回流至所述二级好氧装置中，剩余部分沉淀污泥流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（9）三沉池中的上清液检测达标，进行排放。
在本发明提供的利用上述系统处理废水的方法中，待处理的切割液废水先气浮后氧化，此种操作能够避免在氧化过程中添加氢氧化钠调节pH值，反而会导致硅粉溶解，增加水中硅酸盐含量的不良后果；同时，由于气浮处理需要的臭氧较少，因此，将臭氧的进气口设置在臭氧催化氧化区，既能够保证氧化分解的充分进行，同时残余的臭氧尾气还能够进行臭氧气浮，除去大部分的微米级硅粉及氧化硅颗粒等悬浮物，而除去的悬浮物还可以利用浮渣收集槽进行收集，进一步回收利用。
在臭氧催化氧化区中，由于废水偏酸性，且氧化过程不断产酸，会导致废水的pH降低，进而影响臭氧氧化分解效率，因此，在利用臭氧进行有机物的氧化分解过程中，需要投加一定量的氢氧化钠调节pH值。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述方法中，引入的臭氧总量为设计COD去除量的1.2-3倍，例如1.5倍、1.6倍、1.8倍、2.0倍、2.2倍、2.5倍、2.8倍等。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述步骤（2）和（6）中，引入的过氧化氢与臭氧的体积比各自独立地选自(0.3-0.8):1，例如0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1等，所述臭氧指的是投加的臭氧总量。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述方法中，所述废水在所述一级臭氧装置和二级臭氧装置中的停留时间各自独立地选自15-45 min，例如20 min、25 min、30 min、35min、40 min等。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述方法中，所述废水在所述一级好氧装置和二级好氧装置中的停留时间各自独立地选自10-24 h，例如12 h、15 h、18 h、20 h、22 h等。
为了避免臭氧或过氧化氢的残余量对后续的生化反应造成影响，因此，本发明通过ORP变送器（臭氧装置中包括）来监控臭氧或过氧化氢的残余量，同样也能够避免臭氧或过氧化氢的浪费。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述步骤（3）中，所述氧化预处理后的废水的ORP值为280-350 mV，例如290 mV、300 mV、310 mV、320 mV、330 mV、340 mV等。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述步骤（3）中，所述第一次生化处理的OD值为2-6 mg/L，例如3 mg/L、4 mg/L、5 mg/L等。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述步骤（7）中，所述氧化处理后的废水的ORP值为280-350 mV，例如290 mV、300 mV、310 mV、320 mV、330 mV、340 mV等。
和/或，在所述步骤（7）中，所述第二次生化处理的DO值为2-6 mg/L。
第三方面，本发明提供了第一方面所述的处理系统或第二方面所述的方法在处理光伏硅片切割液废水中的应用。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的处理系统和方法能够利用臭氧-生化组合实现对硅切片废水的处理，且处理方法简单，处理系统产地面积小，污泥产生量小，处理成本低，并且处理后的废水完全能够满足排放标准。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述硅片切割液废水处理系统的结构示意图；
图2为本发明所述臭氧装置的结构示意图；
其中，1-进废液口；2-臭氧气浮区；3-臭氧催化氧化区；4-出水口；5-第一气液混合泵；6-第二气液混合泵；7-浮渣收集槽。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例提供了一种硅片切割液废水处理系统，结构示意图见图1所示：
所述处理系统包括依次连接的一级臭氧装置、一级好氧装置、二沉池、二级臭氧装置、二级好氧装置和三沉池。
其中，所述处理系统还包括浮渣收集装置，所述浮渣收集装置与所述臭氧气浮区相连，用于收集一级臭氧装置中产生的气浮浮渣。
所述处理系统还包括污泥浓缩装置，所述污泥浓缩装置与所述二沉池、所述二级臭氧装置和所述三沉池相连。
所述处理系统还包括第一回流管道和第二回流管道，所述第一回流管道连接所述二沉池和所述一级好氧装置，所述第二回流管道连接所述三沉池和所述二级好氧装置。
其中，所述一级臭氧装置和二级臭氧装置的结构类似，均为目前本领域常用的臭氧装置，臭氧装置的结构示意图如图2所示：
所述臭氧装置包括进废液口1、臭氧气浮区2、臭氧催化氧化区3和出水口4，其中，所述进废液口1设置于所述臭氧气浮区2的下部，待处理废水通过所述臭氧气浮区，然后通过设置于所述臭氧气浮区2上部的管道通入所述臭氧催化氧化区3的下部，最后从设置于所述臭氧催化氧化区3上部出水口4出水。
所述臭氧装置还包括第一气液混合泵5，用于将臭氧催化氧化区3残余的臭氧尾气与补充的空气混合，然后通入所述臭氧气浮区2。
所述臭氧装置还包括第二气液混合泵6，用于将臭氧、过氧化氢和氢氧化物混合，然后通入所述臭氧催化氧化区3。
所述臭氧装置还包括设置于所述臭氧气浮区顶部的浮渣收集槽7，用于收集气浮处理产生的浮渣，一级臭氧装置的浮渣收集槽与所述浮渣收集装置相连，回收气浮浮渣，二级臭氧装置的浮渣收集槽与所述污泥浓缩装置相连。
其中，所述一级好氧装置和二级好氧装置均为目前常用的好氧池，所述污泥浓缩装置为污泥浓缩池。
实施例2
本实施例提供了一种利用实施例1提供的处理系统处理硅片切割液废水的处理方法。
（1）待处理硅片切割液废水进入所述一级臭氧装置中的臭氧气浮区进行气浮处理，浮渣通过浮渣收集装置进行收集处理；
（2）气浮处理后的废水进入所述一级臭氧装置中的臭氧催化氧化区进行氧化预处理，同时，在所述一级臭氧装置中的臭氧催化氧化区中引入过氧化氢，过氧化氢与臭氧的体积比为(0.3-0.8):1，并加入氢氧化物调节溶液pH值为7-8.5；
在所述一级臭氧装置中，臭氧由所述臭氧催化氧化区通入，氧化分解的残余臭氧尾气补入部分空气，然后进入所述臭氧气浮区进行气浮处理；并且，待处理废水在所述一级臭氧装置中的停留时间为15-45 min；
（3）氧化预处理后的废水（ORP值为280-350 mV）进入所述一级好氧装置，与其中含有的活性污泥进行第一次生化处理，OD值为2-6 mg/L，停留时间为10-24 h；
（4）第一次生化处理后的废水进入所述二沉池进行沉淀，部分沉淀污泥通过第一回流管道回流至所述一级好氧装置中，剩余部分沉淀污泥流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（5）二沉池中的上清液进入所述二级臭氧装置中的臭氧气浮区进行气浮处理，污泥浮渣流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（6）二级臭氧装置中气浮处理后的废水进入所述二级臭氧装置中的臭氧催化氧化区进行氧化处理，同时，在所述二级臭氧装置中的臭氧催化氧化区中引入过氧化氢，并加入氢氧化物调节溶液pH值为7-8.5；
在所述二级臭氧装置中，臭氧由所述臭氧催化氧化区通入，氧化分解的残余臭氧尾气补入部分空气，然后进入所述臭氧气浮区进行气浮处理；并且，待处理废水在所述二级臭氧装置中的停留时间为15-45 min；
（7）氧化处理后的废水（ORP值为280-350 mV）进入所述二级好氧装置，与其中含有的活性污泥进行第二次生化处理，OD值为2-6 mg/L，停留时间为10-24 h；
（8）第二次生化处理后的废水进入所述三沉池进行沉淀，部分沉淀污泥通过第二回流管道回流至所述二级好氧装置中，剩余部分沉淀污泥流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（9）三沉池中的上清液检测达标，进行排放。
其中，在所述方法中，引入的臭氧总量为设计COD去除量的1.2-3倍。
实施例3
本实施例提供了一种利用实施例2提供的方法对某光伏科技公司的切割废水处理的过程。
某光伏科技公司的废切割液经压滤后，其切割液废水为高浓度有机难降解类废水，其原水COD约1500 mg/L，pH为3.5。
目前在企业内部的废切割液经过压滤预处理后，与其他生产综合废水混合经过处理后（预处理+水解+ MBR）集中排放至污水处理厂，受切割液废水有机物浓度及水量的影响，随时可能面临超标风险，计划切割液废水单独处理后达标排放。
本实施例采用实施例2提供的方法进行了中试验证。直接取切割液压滤液废水（原水COD约1500 mg/L，pH为3.5）经两级臭氧生化处理后排放，臭氧每级停留时间25 min，其中生化每级停留时间24 h。
系统各步骤的污染物处理效果如表1所示：
表1
注：一级臭氧生化处理指的是废水经过一级臭氧装置处理和一级好氧装置处理，统称为一级臭氧生化处理；二级臭氧生化处理类似。
氧化后的COD检测的是从臭氧装置出水口流出的废水的COD值；
生化后的COD检测的是从好氧装置出水口流出的废水的COD值。
由实施例3和表1数据可知，经过两级臭氧生化处理后，废水的COD值在250 mg/L以下，符合排放标准。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种硅片切割液废水处理系统，其特征在于，所述处理系统包括依次连接的一级臭氧装置、一级好氧装置、二沉池、二级臭氧装置、二级好氧装置和三沉池。
2.根据权利要求1所述的硅片切割液废水处理系统，其特征在于，所述一级好氧装置和所述二级好氧装置中均含有活性污泥。
3.根据权利要求1所述的硅片切割液废水处理系统，其特征在于，所述一级臭氧装置和所述二级臭氧装置均包括臭氧气浮区和臭氧催化氧化区；所述臭氧气浮区用于对废水进行气浮处理，所述臭氧催化氧化区用于对废水进行氧化处理；
所述处理系统还包括浮渣收集装置，所述浮渣收集装置与所述臭氧气浮区相连，用于收集一级臭氧装置中产生的气浮浮渣。
4.根据权利要求3所述的硅片切割液废水处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括污泥浓缩装置，所述污泥浓缩装置与所述二沉池、所述二级臭氧装置和所述三沉池相连；
所述处理系统还包括第一回流管道和第二回流管道，所述第一回流管道连接所述二沉池和所述一级好氧装置，所述第二回流管道连接所述三沉池和所述二级好氧装置。
5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的处理系统处理硅片切割液废水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
待处理废水进入一级臭氧装置中依次进行气浮处理和氧化预处理，然后进入一级好氧装置中进行生化处理，最后进入二沉池进行沉淀；
二沉池中的上清液进入二级臭氧装置，经过臭氧-过氧化氢处理后，进入二级好氧装置中进行第二次生化处理，最后通过三沉池排放上清液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）待处理废水进入所述一级臭氧装置中的臭氧气浮区进行气浮处理，浮渣通过浮渣收集装置进行收集处理；
（2）气浮处理后的废水进入所述一级臭氧装置中的臭氧催化氧化区进行氧化预处理，同时，在所述一级臭氧装置中的臭氧催化氧化区中引入过氧化氢，并加入氢氧化物调节溶液pH值为7-8.5；
（3）氧化预处理后的废水进入所述一级好氧装置，与其中含有的活性污泥进行第一次生化处理；
（4）第一次生化处理后的废水进入所述二沉池进行沉淀，部分沉淀污泥通过第一回流管道回流至所述一级好氧装置中，剩余部分沉淀污泥流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（5）二沉池中的上清液进入所述二级臭氧装置中的臭氧气浮区进行气浮处理，污泥浮渣流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（6）二级臭氧装置中气浮处理后的废水进入所述二级臭氧装置中的臭氧催化氧化区进行氧化处理，同时，在所述二级臭氧装置中的臭氧催化氧化区中引入过氧化氢，并加入氢氧化物调节溶液pH值为7-8.5；
（7）氧化处理后的废水进入所述二级好氧装置，与其中含有的活性污泥进行第二次生化处理；
（8）第二次生化处理后的废水进入所述三沉池进行沉淀，部分沉淀污泥通过第二回流管道回流至所述二级好氧装置中，剩余部分沉淀污泥流入所述污泥浓缩装置进行后处理；
（9）三沉池中的上清液检测达标，进行排放。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述方法中，引入的臭氧总量为设计COD去除量的1.2-3倍；
和/或，在所述步骤（2）和（6）中，引入的过氧化氢与臭氧的体积比各自独立地选自(0.3-0.8):1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述方法中，所述废水在所述一级臭氧装置和二级臭氧装置中的停留时间各自独立地选自15-45 min；
和/或，在所述方法中，所述废水在所述一级好氧装置和二级好氧装置中的停留时间各自独立地选自10-24 h。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述氧化预处理后的废水的ORP值为280-350 mV；
和/或，在所述步骤（3）中，所述第一次生化处理的OD值为2-6 mg/L；
和/或，在所述步骤（7）中，所述氧化处理后的废水的ORP值为280-350 mV；
和/或，在所述步骤（7）中，所述第二次生化处理的DO值为2-6 mg/L。
10.权利要求1-4中任一项所述的处理系统或权利要求5-9中任一项所述的方法在处理光伏硅片切割液废水中的应用。
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