单晶硅生产废水处理站的改扩建

Posted 2023-01-13 水质

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论文作者：赵县防
1概述
某单晶硅厂由于引进6英寸单晶硅抛光生产线，该生产线投产后，废水排放量将大大的增加.现有的废水处理站的处理能力已不能满中要求.加之原处理站的处理较果不稳定.因此必须进行治理.因此在原有设施的基础上对废水处理站进行改造.
2执行标准
执行标准GB8978-1996<污水综合排放标准>一级.即PH=6-9 .COD≦100mg/ SS≦70mg/l
3现废水处理站的现状
3.1现废水处理站接纳废水的水质及水量
现废水处理站接纳三个部位的废水，经均化调节后进行处理.废水的来源水质.水量见表
废水来源及水质水量

3，1.1废水的特点
废水产生的部门不同，其特点各异
1.多晶硅废水：是三氯硅烷还原生成多晶硅过程中产生的尾气经水淋洗产生的.主要反应为：
SiHCl3+H2---Si+HCl (产品反应)
SiHCl3+H2O---SiO2+HCl (尾气淋洗)
废水中主要物质为：SiO2.HCl硅醇及脱水成聚硅氧烷和硅酸，偏硅酸等.废呈强酸性，SiO2的粒径极小，大部分聚成团漂浮的水面.
2.切.磨.抛废水来自三个工序：
(1)切片工序主要为：粘石腊，冷却水等，废水中主要物质为：石腊，硅粉.
(2)磨片工序的磨液成分为：洗液和肥皂制成浮液.
废水中主要物质为：表面活性剂.硅粉.
(3)抛光工序的抛光液的成分：环烷烃，废水中主要物质为：硅粉和烃类有机物.三种废水混合中灰色有乳状体.
3.有机硅废水是：由氯丙烷在铂酸作催化剂的条件下，与三氯硅烷加成反应生成氯丙基三氯硅烷然后经粗精馏后产生的残液和氯丙烯瓶中的残液，用水冲洗产生的，废水中主要物质为：
三氯硅烷，氯丙烷和HCl.氯丙烷和HCl的来源是氯丙烯水解产生的，故废水呈酸性，反应式为：
CH2=CH-CH-CH2Cl+H2O----CH2=CH-CH2-OH=H2O
三部分废水混合后，废水呈酸性，灰的色乳状有降低(强酸有一定的破乳性)，但有胶体存在，主要是硅酸，偏硅酸和硅醇分子间脱水聚缩而成聚硅氧烷引起的.
3.2处理工艺流程及出水水质
3，2.1处理工艺流程

3.2.2，出水水质
废水经过上述工艺流程处理的出水水质为：
PH=6-9 COD=100—160mg/l SS=40—60mg/l
BOD值在5--10 mg/l之间，有时为零，COD时常超标.
3.3存在问题及分析
3.3.1根据现废水处理站运行情况，存在问题
1：石灰乳配制及投加不定，混合池混合不充分，混合效果差.
2：药剂投加设施定量尾差，药剂消耗量大.
3：COD出水超标，污泥量大.
4：处理成本高，处理吨水仅药剂费用平均1元.
3.3.2： COD超标分析
根据出水水质分析，COD超标.而BOD值很低说明该废水的可生化性差，造成出水COD超标的原因是废水中存在多价态的无机物处在低价态和少量有机物所致，分析化验COD时加入氧化剂氧化有机物同时也氧化低态的无机物，故引起起废水中COD超标.
4：改扩建后废水方案
4.1：改扩建后废水水质，水量及处理规模
4.1.1新增废水的水量，水质
新增废水来源为切.磨.抛，清洗工序，其废水水量为1000 m3/d，水质为： PH=6 .COD=100--150mg/l SS=200mg/l
4.1.2：改扩建后废水水质，水量
废水总水量为：2000----2600 m3/d，
水质为： PH<4 .COD=200--250mg/l SS=200mg/l
4.1.3处理规模
设计处理能力：Q=150 m3/h.
4.2 废水处理方案设计
4.2.1废水处理方案设计的原则
1先进行综合利用，减少排污量.
2工艺先进合理，保证达标排放.
3充分利用原有处理构筑物及设备，减少投资.
4运行费用低，管理方便.
4.2.2综合利用方案
1白炭黒(SiO2)回收
多晶硅废水是三氯硅烷还原生成多晶硅过程中产生的尾气经水淋洗产生的，废水中漂浮大量的白沫子，而白沫子就是白炭黒(SiO2).它的粒径很小属纳米级.它的产生过程基本上和气相法物产白炭黒相同.用水刚淋洗下来时漂浮水面，时间一长，周边湿润增加就会沉降或悬浮在水中.
SiO2是常用的化工原料.回收的工艺为：

按80%的回收率.每天可以减少SS排放量48--72kg/d，白炭黒(SiO2)每公斤约有6---10元.
2对有机硅产生的残液，可以综合利用，残液，中的氯丙烯是生产环氧丙烷和合成甘油的主要原料.三氯硅烷可以与其他原辅材料生产有机硅涂料.
4.2.3废水处理工艺的选择
根据废水呈酸性，并存在有多价态的无机物，用生铁屑和焦炭组成微电解工艺作为混凝沉淀处理的预处理，微电解是由原电池反应原理，电极反应为氧化还原反应.能将废水中有机物分解和能使多价态的无机物氧化成高价稳定态.同时产生[Fe2+]，经石灰乳中和反应后生成Fe(OH)2沉淀.
，不仅能降低废水的酸度，而且能破坏废水中的胶体.并且有较强的吸附凝聚能力，还节省其他药剂量.确保废水达标排放或回用.
4.2.4废水处理工艺流程

4.2.5工艺说明
本工艺与原工艺不同之处，是将中和塔改为微电解氧化还原塔，将污泥干化池改为污泥浓缩池并机械脱水.
1微电解氧化还原塔：是在酸性条件下，铁屑与炭之间形成无数个原电池.在电极间发生电极反应.即微电解.不仅能降低废水的PH值，氧化分解有机物，使无机物氧化成高价态.而且生成的[Fe2+]经石灰乳调节PH值生成Fe(OH)2沉淀.，不需另加药剂，不用电.
2污泥浓缩池并机械脱水：由于污泥量大，采用污泥浓缩后机械脱水可以增加效率，减少天气等因素的影响，而且占地少.
4.2.6主要构筑物及设备技术参数
1调节池：利用原有的均化调节池，通压缩空气搅拌混合
.有效体积w=260m3
2微电解氧化还原塔
塔内孔隙率为60%，塔内有效容积w=92m3，停留时间T=30分钟
外型尺寸：фⅹH=3 mⅹ4.5m (4个)
3混合池(加药装置)：对原有混合池和石灰乳投加设备进行改造.
混合有效容积w=18m3
4反应池；采用空室旋流反应池.水力停留时间T=30分钟，有效容积w=38m3
采取6室，每室.6.2 m3 (外型尺寸：1.5 mⅹ1.5 mⅹ3 m)
5沉淀池：沉淀池分为二部分，一部分在原有的加速澄清池中沉淀，另一部分在新增的斜管沉斜管淀池中沉淀.斜管沉淀池的表面负荷为q=2m2/m3.h.斜管沉淀池的表面为A=40m2
斜管采用蜂窝状填料，倾角θ=60?内切园ф=50cm 高H=1 m
6污泥浓缩池：有效容积w=40m3 外型尺寸：3 m mⅹ6ⅹ3 m (2个)
7污泥脱水机：采用LW350型卧式螺旋离心脱水机2台，处理能力：5T/h.功率(含水率为75%)W=18.5kw
4.2.7运行效果
主要处理单元及总排口处理效果

COD总去除率为：66%，SS总去除率为：78%
5结论
1：用生铁屑和焦炭组成微电解氧化还原塔，作为单晶硅生产废水处理的预处理，不仅能降低废水的PH值，氧化分解有机物，使无机物氧化成高价态.而且生成的[Fe2+]经石灰乳调节PH值生成Fe(OH)2沉淀.，不需另加药剂，不用电.处理效果显著.
2：在运行时应注意废水的PH值和在微电解氧化还原塔内的停留时间.PH值低停留时间短，.PH值高停留时间长，出水的控制PH值在小于5，并用少量的氢气放出.
3微电解氧化还原塔对于弱酸性染料废水的预处理，均有明显的效果.