我国的光伏制造产业于2004年开始崛起,如今已经成为世界最大的太阳能电池生产国^[1]。“十二五”规划更提出要大力推动光伏、光热发电等新能源产业^[2]。线切割是目前国际上硅片生产的通行方式,其原理是以碳化硅作为磨料,聚乙二醇为分散剂,水作为溶剂组成的水性切割砂浆中,用金属丝带动碳化硅颗粒对硅棒进行研磨切割^[3]。在光伏制造过程中硅片切割会产生大量冲洗废水,其主要污染物为硅粉和含切割液聚乙二醇和碳化硅的砂浆,该股废水组分单一,COD含量高^[4],直接排放会造成环境污染^[4,5]。

　　 目前,国内对含有聚乙二醇废水的处理方法主要是化学处理法,如Fenton试剂氧化法。该方法操作方便,设备简单,但是会消耗大量的过氧化氢,废水处理成本较高。臭氧氧化法是另一种常用的化学方法,但是需要寻找适合的催化剂。一些外国学者经研究发现聚乙二醇可以被厌氧微生物降解,采用生物法可以降低运行成本且操作简单^[6,7]。综上所述,目前针对聚乙二醇废水处理的方法是预处理-生物法,预处理方法不尽相同,但是化学法仍是主流方法。

　　 河北某公司是世界上最大的单晶硅和晶体硅太阳能电池生产企业,线切废水量2 400 m³/d。该企业原有1 套 “混凝- 沉淀- 砂滤”一体化装置,但处理出水无法达到排放要求。通过对废水中聚乙二醇等主要污染物浓度、理化及生化特性分析并结合小试结果,开发了上流式厌氧-接触氧化处理工艺,从而实现了不经化学预处理,直接采用生物法处理该类废水,解决了光伏线切废水处理工艺运行成本高、低温处理效果不佳的问题。

　　 本工程设计规模为2 400 m³/d,处理后的废水要求达到 《污水综合排放标准 》(GB 8978-1996)中的二级排放标准。 设计进水和出水水质见表1。

　　 本工程在原有一体化污水处理装置处理的基础上进行厌氧-接触氧化处理,工艺流程如图1所示。车间生产废水经一体化装置混凝砂滤(投加聚氯化铝和聚丙烯酰胺)去除悬浮物后补充一定量氮源、磷源从调节池通过脉冲布水器进入厌氧滤池,在滤池中的厌氧水解菌与甲烷菌共同作用下将聚乙二醇转化为甲烷,出水通过重力作用进入接触氧化池,进一步去除废水中残留的有机物,最终出水经二沉池达标外排。

　　 本工程所产污泥自流进入污泥均质池,经过叠螺污泥脱水机脱水后外运,滤液回流至中和池循环处理。

　　 调节池主要用于均化水质、调节水量。 设计流量为50m³/h(单座)。调节池尺寸7 m×4m×3m。同时新增潜污水泵4台,在水泵出水管上顺序增设1台电磁流量计。运行方式:水泵的开、停根据集水井内水位计自动控制或人工控制。

　　 中和池主要功能是用盐酸将滤后废水pH由10~10.5 调至7~7.5,尺寸9.26 m×7.88m×3.5m,有效容积182m³。主要设备:不锈钢潜水搅拌机(功率3kW)1 台;不锈钢潜水搅拌机(功率0.85kW)1台;潜污水泵4台(3用1备)流量100m³/h,功率11kW;配变频器1 台。运行方式:通过在线pH仪控制盐酸投加,水泵的开、停根据集水井内水位计自动控制或人工控制。

　　 厌氧滤池主要功能是利用厌氧微生物降解废水中主要污染物聚乙烯醇。厌氧滤池设计流量为100m³/h,HRT为2d,内循环比≤200%,尺寸21m×19m×14m,分2格并联运行,内置布水系统、三相分离器。配套水封罐1座,燃烧量600Nm³/h、功率1.5kW的沼气火炬1台(配防火罩)。运行方式:根据进出水水质适时调整出水回流量,确保厌氧滤池处理效果可靠稳定。

　　 接触氧化池的主要功能是进一步去除废水中残留的有机物,确保废水稳定达标排放。接触氧化池尺寸32m×21m×7.5m,分为2格并联运行,设计HRT为2d。

　　 二沉池主要功能是将生化池出水进行泥水分离。设计的最大流量150m³/h,最大表面负荷2.75m³/(m²·h),尺寸21.5m×3.17m×5.4m,有效水深3m,分2格并联运行。二沉池内置用于污泥回流的潜污泵1台(流量65m³/h、扬程10m、功率为4kW)。排泥方式根据沉淀池内泥位人工控制。

　　 污泥均质池主要功能是均化污泥浓度,使污泥进一步进入脱水间脱水。污泥均质池尺寸4.86 m×4m×2.6m,内置桨叶直径260mm,转速740r/min,功率0.85kW的不锈钢潜水搅拌机1台。运行方式采用编程控制或人工控制。

　　 设备间的主要功能是集控制室、脱水间、鼓风间于一体。 设备间的尺寸为12.4 m ×10.5 m ×4.2m,主要设备见表2。

　　 加药间的主要功能是配制和投加废水处理药剂。加药间长10.7m,宽9.1m,主要设备见表3。

　　 废水处理系统于2014年10月建成调试,通过逐步提高进水量驯化污泥,约20d后运行稳定。

　　 从图2可以看出原水COD变化幅度不大,基本稳定在695.19 mg/L左右,厌氧滤池出水COD整体呈现出下降趋势,这说明厌氧污泥通过不断驯化逐渐适应废水水质,处理效果较为明显,后期稳定运行阶段厌氧滤池出水COD达到100 mg/L左右,经好氧处理后,COD可以达到50 mg/L以下。 考虑到目前该厂自来水绿化浇灌费用较高,出水深度处理后可回用于绿化,节省企业运行费用。

　　 图3为厌氧滤池容积负荷与COD去除率随运行时间的变化情况。原水COD基本稳定在695.19mg/L左右,由于开始阶段进水量约为稳定运行阶段的1/3,容积负荷低,污泥尚未适应,因此厌氧滤池COD的去除率很低,10月12~16日(6d)期间停止进水,厌氧出水进行循环处理;随之厌氧污泥逐渐适应废水,厌氧滤池出水COD整体呈现下降趋势,处理效果逐步提高。运行至第12d后(10月22日后)厌氧滤池满负荷连续进水,系统稳定运行。图3显示稳定运行阶段厌氧滤池的平均容积负荷约为0.36kgCOD/(m³·d),COD去除率达85%以上,这说明厌氧系统通过污泥床与填料的有效组合在北方冬季水温10 ℃左右的情况下维护了污泥量,保证了低温条件下的处理效果。

　　 从图4可见,开始阶段好氧池的SV₃₀只有2%左右,随着污泥培养驯化SV₃₀迅速达到10%左右。稳定运行期间通过控制排泥和二沉池污泥回流,使接触氧化池的污泥沉降比维持在10%左右,达到最佳的处理效果。

　　 废水处理厂的运行费用主要包括电耗费用、药剂费用和人工费。其中药剂包括絮凝剂、调节碱度的药剂、氮源和磷源。

　　 电耗费用:废水处理厂正常运行1个月耗电约32 000kW·h,工业电价1.2元/(kW·h),共计38 400元,废水处理量约72 000m³,则电耗为0.444kW·h/m³,折合费用0.533元/m³。药剂费用:处理所需的药剂费用约为1.133元/m³。综合以上计算,在不计人工成本的情况下,处理所需运行费用约为1.666元/m³。

　　 工程运行表明厌氧-接触氧化工艺能有效降解废水中的主要污染物聚乙二醇,该工艺组合具有工艺流程简单、能耗低、污泥量少、低温处理效果佳、运行费用低的优点。系统出水COD可以达到50mg/L以下,满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的二级排放标准。

　　 工程运行存在的问题及相关建议:①由于现在进水量远低于设计的进水量,造成好氧生化系统污泥负荷偏低,溶解氧偏高,导致污泥老化,建议关闭几个接触好氧的廊道池,提高污泥负荷;②二沉池容积偏小,排泥频繁,出水悬浮物偏高;③出水水质好,可深度处理后回用。