CN209113623U - 一种多晶硅废气洗涤液处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶硅废气洗涤液处理装置，属于废水处理领域。该方法将多晶硅废气送入洗涤塔中并用塔内的多层喷淋装置进行逆流接触反应，反应后的洗涤液由塔底洗涤液池承接，一部分排至中和池，另一部分继续停留在池内由洗涤液循环泵送至洗涤塔喷淋装置循环使用；进入中和池的洗涤液与石灰乳进行中和反应至中性，之后将中性洗涤液输送至气浮单元进行处理。本实用新型提供的多晶硅废气及其洗涤液处理工艺采用气浮工艺，避免了沉淀法产生浮渣影响处理效果，减小了处理设备占地面积，改善了处理设施的环境状况；减小温度、浊度、停留时间等因素对废气洗涤液处理的限制；气浮出水回用，提高水资源利用率。

Description

一种多晶硅废气洗涤液处理装置

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，具体涉及一种多晶硅废气洗涤液处理装置。

背景技术

多晶硅是制造集成电路、光伏太阳能电池的关键基础材料，是发展信息产业和光伏新能源产业的重要基石。多晶硅的发展受到世界各国的高度重视，投入大量的人力、物力进行研究、开发，并已形成规模化生产。但国内多数多晶硅企业未实现整个生产流程的闭环运行，在各个工序都会产生一定量的工艺废气，其主要成分为氯硅烷、HCl和H₂，具有易燃易爆、有毒、腐蚀性的特征，如果处置不当，会发生安全事故，并对环境造成污染。

目前，多晶硅生产过程中废气的处理方法有湿法洗涤，燃烧法和干法回收等。国内通用的废气处理方法则主要采用湿法处理流程，即碱液NaOH或Ca(OH)₂与废气中存在的氯硅烷、氯化氢在几级淋洗塔内进行水解中和反应，主要反应式如下：

SiHCl₃+2H₂O→SiO₂+3HCl+H₂

SiH₂Cl₂+2H₂O→SiO₂+2HCl+2H₂

SiCl₄+2H₂O→SiO₂+4HCl

SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H₂O

HCl+NaOH→NaCl+H₂O

淋洗塔输出的尾气可直接排放。淋洗液通常进入后续絮凝沉淀单元以去除水中二氧化硅、硅酸钠、偏硅酸钠等悬浮物，之后进入过滤装置进行深度处理。但洗涤液中所含SiO₂颗粒十分细小，粒径在5～10μm之间，在实际处理现场发现沉淀池环境恶劣，有大量未沉淀SiO₂漂浮在沉淀池表面，不能达到理想去除效果。因需要依靠絮凝颗粒不断长大而下沉去除，该方法去除效果不稳定，表面负荷低，所需停留时间较长。同时，采用絮凝沉淀去除淋洗液中悬浮物的方式对水温、浊度均有一定要求，尤其在低温环境下水黏度较大，颗粒周围水化膜较厚，亲水性加强，使颗粒在水中可稳定存在，影响悬浮物去除效果。

实用新型内容

本实用新型克服上述处理工艺的限制与不足，提供了一种新型多晶硅废气及其洗涤液处理装置及方法：该方法将废气经塔底循环液淋洗，洗涤出水经石灰乳中和后采用气浮法去除悬浮物。该方法与“絮凝沉淀法+过滤”法相比，占地面积小，环境条件好，且充分利用了反应产生的气体，缩短了传统“沉淀+过滤”工艺流程，减小了常规絮凝沉淀法中温度、浊度、停留时间等因素对废气洗涤液处理的限制，提高了处理效果。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种多晶硅废气洗涤液处理装置，该装置包括废气洗涤塔，中和池和气浮池，所述的废气洗涤塔的底部设有塔底洗涤液池，所述的塔底洗涤液池通过中和池与混凝反应槽相连，所述的塔底洗涤液池上部与浮渣脱水系统相连，所述的混凝反应槽通过管道与气浮池相连，所述气浮池的输出端与洗涤液循环池相连，所述的洗涤液循环池底部输出端由回用水泵与塔底洗涤液池相连。

本实用新型技术方案中：多晶硅废气的输入端与废气洗涤塔的中下部相连。

本实用新型技术方案中：所述的塔底洗涤液池与洗涤液循环泵相连。

本实用新型技术方案中：废气洗涤塔的顶端与水封槽相连。

本实用新型技术方案中：PAC加药系统与混凝反应槽相连，所述的PAM加药系统与混凝反应槽及气浮池中间的连接管道相连。

一种利用上述装置实现多晶硅废气洗涤液处理方法，该方法步骤如下：

(1)多晶硅废气送入洗涤塔中并用塔内的多层喷淋装置进行逆流接触反应，喷淋洗涤水为回用水及工艺补充水，反应后的洗涤液由塔底洗涤液池承接，一部分排至中和池，另一部分继续停留在池内由洗涤液循环泵送至洗涤塔喷淋装置循环使用；

(2)进入中和池的洗涤液与石灰乳进行中和反应至中性，之后将中性洗涤液输送至气浮单元进行处理。

上述方法中：气浮单元的处理过程如下：首先将中性洗涤液进入混凝反应槽进行PAC加药混凝，混凝剂用量1～15mg/L，之后将混凝后的洗涤液与絮凝剂PAM接触搅拌，絮凝剂用量为1～10mg/L，一起输送至气浮曝气室，曝气室内，微气泡与形成的絮体结合一起上升至气浮池液面，浮渣通过刮渣机刮入浮渣收集槽，气浮池出水输送洗涤液循环池，由回用水泵输送至塔底洗涤液池，实现废气洗涤处理系统的闭路循环。

上述方法中：步骤(2)中所用的石灰乳是质量浓度为1～15％的Ca(OH)₂溶液。

上述方法中：所述废气洗涤塔的上部喷淋层喷淋水由工艺水提供，下部喷淋层喷淋水由气浮池出水回用提供。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的多晶硅废气及其洗涤液处理工艺通过循环洗涤液淋洗与气浮工艺相结合，避免了沉淀法产生浮渣影响处理效果，减小了处理设备占地面积，改善了处理设施的环境状况；减小温度、浊度、停留时间等因素对废气洗涤液处理的限制；气浮出水回用，实现废气洗涤处理系统的闭路循环，提高了水资源利用率。

附图说明

图1是本实用新型的一种多晶硅废气及其洗涤液处理工艺的流程连接示意图。

1—废气洗涤塔，2—塔底洗涤液池，3—洗涤液循环泵，4—水封槽，5—中和池，6—中和池提升泵，7—混凝反应槽，8—气浮池，9—石灰乳投加系统，10—PAC加药系统，11—PAM加药系统，12—洗涤液循环池，13—回用水泵。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：

一种多晶硅废气洗涤液处理装置，该装置包括废气洗涤塔(1)，中和池(5)和气浮池(8)，所述废气洗涤塔(1)的上部喷淋层与洗涤液循环泵(3)和工艺水系统相连，所述的废气洗涤塔(1)的底部设有塔底洗涤液池(2)，所述的塔底洗涤液池(2)通过中和池(5)与混凝反应槽(7)相连，所述的塔底洗涤液池(2)上部与浮渣脱水系统相连，所述的混凝反应槽(7)通过管道a与气浮池(8)相连，所述气浮池(8)的输出端与洗涤液循环池(12)相连，所述的洗涤液循环池(12)底部输出端通过回用水泵(13)与塔底洗涤液池(2)相连。多晶硅废气的输出端与废气洗涤塔(1)的中下部相连。

废气洗涤塔(1)的顶端与水封槽(4)相连。

PAC加药系统(10)与混凝反应槽(7)相连，所述的PAM加药系统与管道a相连。

一种利用上述装置实现多晶硅废气及其洗涤液处理方法，具体如下：

废气(主要成分为氯硅烷、HCl和H₂)进入废气洗涤塔(1)，本实施例中废气洗涤塔(1)操作压力0.015MPa。废气由下至上与塔内多层喷淋装置释放的淋洗液逆流接触反应，本实施例中，淋洗液仅补充少量生产给水，主要由气浮池出水经由塔底洗涤池循环提供。

吸收废气后的洗涤液由塔底洗涤液池(2)承接，一部分排至中和池(5)，另一部分继续停留在池内由洗涤液循环泵(3)送至洗涤塔喷淋装置循环使用。废气经吸收处理后，残余的N₂、H₂等气体经水封槽(4)后至安全高度放空，本实施例中水封槽(4)操作压力0.03MPa。

洗涤液进入中和池(5)，由石灰乳投加系统(9)向中和池中投加浓度为8％的石灰乳，在池内进行石灰乳与酸性洗涤液的中和反应将pH调节至中性。

再由中和池提升泵(6)提升至气浮单元。

污水在气浮单元具体处理过程如下：

污水首先进入混凝反应槽(7)进行加药混凝，混凝剂用量10mg/L，本实施例中混凝剂采用PAC，由PAC加药系统(10)投加，投加点位于混凝反应槽(7)废水入口端，于水面上悬空投加。

再进入混凝反应槽(7)与气浮池(8)之间的连接管道，本实例中絮凝剂采用PAM，絮凝剂用量为5mg/L，絮凝剂由PAM加药系统(11)投加，投加点位于气浮池体进水管紧邻进水口处。

再进入气浮曝气室，其内产生微气泡，与形成的絮体结合一起上升至气浮池液面。浮渣通过刮渣机刮入浮渣收集槽。

气浮池出水进入洗涤液循环池(12)，由回用水泵(13)送至塔底洗涤液池(2)内循环使用。

本多晶硅废气洗涤液处理工艺与传统沉淀法相比，具有如下优势：

(1)采用气浮方法，表面负荷高，停留时间短，大大节省了占地面积。

沉淀法是依靠絮凝颗粒不断长大而下沉，颗粒的成长时间受颗粒有效碰撞几率的制约，通常需要30min甚至更长。气浮法则借助于微气泡的粘附作用，反应时间比沉淀法短，通常为5～10min，且具有更强的耐冲击能力。

以处理能力250m³/h为例，当采用辐流式沉淀池时，表面负荷0.6m³/(m²·h)；

辐流沉淀池总面积：A＝Q/q’＝416.6m²

设置个数n＝2，则F＝A/2＝208.3m²

池子直径

沉淀时间t＝1.5h，沉淀部分有效水深h₂＝q’t＝0.6×1.5＝0.9m

单池沉淀部分有效容积V＝Fh₂＝208.3×0.9＝187.5m³

当采用气浮法时，

溶气气浮装置外形尺寸：L×B×H＝6.5m×3.8m×4.2m＝103.74m³

装置面积：A＝L×B＝6.5m×3.8m＝24.7m²,是辐流式沉淀池的近1/17，停留时间10.9min，是辐流式沉淀池的1/8。

(2)气浮对废气淋洗反应过程更具适应性

多晶硅生产过程中废气组成与排放量如下表1所示：

表1多晶硅生产过程废气组成与排放量

注：TCS为三氯化硅，DCS为二氯二氢硅，STC为四氯化硅

由上述数据计算知废气中H₂含量1081.434Nm³/h,该部分H₂在淋洗过程中部分微溶于洗涤液中，以200m³/h洗涤液计，按H₂ 1.608ppm溶解度计算，H₂溶解量约为3.6Nm³/h,同时在废气淋洗过程中，由反应式知，碱液与氯硅烷反应有6.07Nm³/h H₂产生，H₂溶解量与反应生成量共9.67Nm³/h。在后续处理过程中，H₂不断从水中释放，使沉淀法去除效果变差，加之反应生成的SiO₂颗粒十分细小，在实际处理现场发现有大量未沉淀SiO₂漂浮在沉淀池表面，无法达到理想去除效果。

此外，按照《污水气浮处理技术工程规范》(HJ2007-2010)式(20),按照250m³/h处理水量，气浮所需空气量3.8625kg/h,待处理洗涤废水中的H₂可在一定程度上减小空气用量，减少设备投资及运行费用。

综上，本实用新型所采用工艺处理效果优于传统沉淀法，同时节省投资运行费用。

(3)气浮法对SS、COD的去除效果更好，与沉淀法比较，可在一定程度上节省药剂加量，有研究数据显示，达到相同处理效果，气浮药剂用量较沉淀法低17～56％。

(4)气浮设备为密闭操作，可大大改善操作环境。

(5)处理后出水回用，实现闭路循环。

Claims (5)

1.一种多晶硅废气洗涤液处理装置，其特征在于：该装置包括废气洗涤塔(1)，中和池(5)和气浮池(8)，所述的废气洗涤塔(1)的底部设有塔底洗涤液池(2)，所述的塔底洗涤液池(2)通过中和池(5)与混凝反应槽(7)相连，所述的塔底洗涤液池(2)上部与浮渣脱水系统相连，所述的混凝反应槽(7)通过管道与气浮池(8)相连，所述气浮池(8)的输出端与洗涤液循环池(12)相连，所述的洗涤液循环池(12)底部输出端由回用水泵(13)与塔底洗涤液池(2)相连。

2.根据权利要求1所述的多晶硅废气洗涤液处理装置，其特征在于：多晶硅废气的输入端与废气洗涤塔(1)的中下部相连。

3.根据权利要求1所述的多晶硅废气洗涤液处理装置，其特征在于：所述的塔底洗涤液池(2)与洗涤液循环泵(3)相连。

4.根据权利要求1所述的多晶硅废气洗涤液处理装置，其特征在于：废气洗涤塔(1)的顶端与水封槽(4)相连。

5.根据权利要求1所述的多晶硅废气洗涤液处理装置，其特征在于：该装置还包括PAC加药系统(10)和PAM加药系统(11)，PAC加药系统(10)与混凝反应槽(7)相连，PAM加药系统(11)与混凝反应槽(7)及气浮池(8)中间的连接管道相连。