光伏狂飙背后的环境风险：废旧组件流向何方？废水问题如何解决？

光伏狂飙背后的环境风险：废旧组件流向何方？废水问题如何解决？

相关数据显示，截至2022年底，我国光伏电站装机容量已达3.72亿千瓦，成为继火电、水电之后全国第三大电源。

按照行业装机趋势来看，到今年年底，光伏发电装机可能突破5亿千瓦，很有可能超过水电(含抽水蓄能)，成为全国第二大电源。

然而，很少有人提及光伏发电“狂潮”背后的环境风险，直到近日，中央电视台《焦点访谈》的一则《废旧光伏组件去哪儿了？》的新闻报道，才让光伏污染首次真正进入公众视野。

图片来源：CCTV焦点访谈

如果说此前的“光伏+污水处理厂”模式是单向流动的赋能，那么随着光伏废水问题的日益严重，“光伏+污水处理厂”或许会拥有不同的定义，逐渐转变为双向互动的赋能。

焦点访谈：到处都是污水、刺鼻的黑烟……

记者暗访“揭开”光伏污染冰山一角

截至2023年4月，我国光伏发电装机容量将达到4.4亿千瓦，若按每块光伏组件300w计算，体积0.066m3，重量19kg，当光伏电站全部运行25年后到期时，将产生约9700万m3、2800万吨固体废弃物。

那么，达到使用寿命的废弃光伏组件去了哪里?这个问题引起了焦点访谈团队的高度关注。

图片来源：CCTV焦点访谈

焦点访谈记者走访了河南省新乡市辉县城郊的一个村庄，那里有很多靠处理废旧组件为生的小工厂、小作坊，这些小工厂从回收商手中收购废旧光伏组件，然后进行焚烧处理。

在村里一处封闭的铁门院内，记者看到，院内堆放着一堆堆被拆除的光伏板，旁边还有一台大型焚烧炉，里面正在焚烧一些东西，已经焦黑一片。除了焚烧产生的刺鼻黑烟，记者还闻到了院内一股难闻的气味。铁门内，地面上有几个水池，正在冒着白烟，地面上满是污水。

图片来源：CCTV焦点访谈

业内专家介绍，与其他垃圾不同，光伏组件中含有氟，若处理不专业，产生的有毒气体不仅会危害作业人员生命安全，还会对周边土壤、地下水造成二次污染。

此外，记者还了解到，除了回收环节的污染外，光伏的主要污染还是发生在生产阶段，生产过程中产生的废水主要有：

◎碱性废水。使用氢氧化钾溶液清洗过程中会产生碱性废水；使用水喷淋处理含氨废气的硅烷燃烧塔也会产生碱性废水。这些碱性废水中含有氢氧化钠、氨氮、异丙醇等，直接排放会造成严重污染。

◎酸碱洗废水。酸碱洗废水一般在硅片腐蚀清洗过程中产生，含有COD、SS、酸碱等，对环境造成污染。

◎氢氟酸浓溶液。在制绒工序及磷硅玻璃去除工序中产生，其pH值约为1。

◎氢氟酸冲洗废水。在使用HF对脱磷硅玻璃进行二次清洗的过程中，会产生氢氟酸冲洗废水，其污染强度较大，若与人体皮肤接触，会引起表皮、真皮及皮下组织的坏死。

“光伏+污水处理厂”是未来趋势

但你们不知道光伏废水的处理有多难吗？

1、光伏废水特点

1）污染物浓度波动较大。光伏生产废水含有的废弃物成分较多，成分复杂，常见的废水成分有切削液、乙烯丙烯醇、丙烯醇、乳酸、单晶硅粉等。这些物质通常都含有在冲洗水中，废水中这些物质的含量波动较大。一般来说废水呈酸性，p​​H值一般在3~6之间，COD浓度较高（2000~/L），SS浓度较高（200~/L），BOD5较低（500~/L）。

2）废水酸碱性较强，对设备腐蚀性强。碱性废水pH值一般在10~14之间；酸性废水pH值一般在3~6之间。

3）废水可生化性很差，BOD5/COD一般在0.2~0.3左右，根据废水量不同，甚至可能低于0.2。

4）废水排放具有时间相关性，污染物随生产工艺周期变化较大，废水量从60~250m3/h不等，高渣废水、净水器泥水、循环水污水、清洗废水，其产生量不同，产生的废水量也不同。

2、光伏废水典型处理工艺

典型光伏废水处理工艺1

◎光伏废水进入混合调节池，在反应池中加入聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）进行混凝反应沉淀，污泥由气动隔膜泵泵入污泥浓缩池。

◎ 废水经中水池提升后进入厌氧处理系统，有机物在此被大量降解，出水经过好氧池，大分子有机物被分解，然后好氧生物处理系统对有机物进行进一步降解。

◎好氧池后设置二沉池，采用曝气生物滤池进行深度处理，污泥池内污泥进行滤压处理。

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典型光伏废水处理工艺2

◎光伏废水排入初沉池，在初沉池中投加CaCl2、PAC去除氟化物、悬浮物及固体颗粒物，然后重力自流进入调节池调节水质水量，再重力自流进入厌氧配水池。

◎通过提升泵提升至水解酸化池，经过一系列处理，使废水中的大分子污染物变成小分子污染物，难降解污染物变成易降解污染物，有机物转化为沼气，提高废水的可生化性。

◎水解酸化池出水在重力作用下流入缺氧池，循环活性污泥（CASS）池剩余污泥回流至缺氧池。在缺氧池内污泥及废水保持缺氧状态。缺氧池出水在缺氧沉淀池中分离成泥和水，澄清后的出水在重力作用下流入CASS池。

◎CASS池内污泥通过回流泵与CASS进水混合，快速降解有机物，CASS池内剩余污泥回流至缺氧池。

◎缺氧沉淀池沉淀出的污泥返回水解酸化反应器进行污泥减量、消化反应，剩余污泥泵送至污泥浓缩池进行压滤、污泥外运。

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3、光伏废水：单独收集处理还是集中收集处理？

1）光伏废水集中处理

由于光伏企业生产过程中产生的废水污染物浓度波动范围较大、时间特性非常明显，且污染物可生化性较差，为了解决这一问题，有同事认为应该将这些废水通过集中收集进行集中处理。

优点：通过集中收集、处理，可以有效克服企业污染物浓度波动范围大、周期性的缺陷，在运行管理上更易于实施。

缺点：由于集中式废水各工艺阶段所含污染物不同，导致最终处理工艺设计较为复杂，废水降解处理成本较高，处理后的废水水质不太好。

2）光伏废水分质分类处理

区别于集中收集处理方式的是，差别化收集处理方式是根据生产过程中各工艺环节废水排放量不同、排放规律不同，对废水进行分别收集、差别化处理的方式。

优点：与集中处理相比，该处理方式针对性更强，因此最终污水处理效果更佳。另外，各工艺阶段的污水处理流程相对简单。

缺点：整体操作、管理和控制需要大量的人员，特别是企业废水排放的周期性特点，将进一步增加应用该工艺的难度。

8家光伏企业含氟废水处理工艺对比

化学沉淀+混凝沉淀+吸附法效果较好

众所周知，光伏企业使用大量的氢氟酸，而工业生产中排放的含氟废水中往往含有质量浓度为10mg/L~/L的氟化物。

值得一提的是，由于光伏废水中还可能存在其他非金属离子，使得氟化物的去除变得更加困难（氟离子活性很强，是工业废水中较难去除的物质之一）。

一般而言，含氟废水处理的原则是：首先从清洁生产的角度出发，削减污染物，防止废水排放，然后综合回收利用。采用何种方法除氟，要根据工业废水的水质、水量、排放标准、处理方法的特点、成本、回收的经济价值等综合考虑。

在光伏废水处理行业中，化学沉淀、混凝沉淀、吸附等方法实用性较强，经常被联合使用，处理效果较好，下面就这三种方法进行详细介绍：

1. 吸附除氟

吸附法的基本机理是离子交换或表面反应，是基于接触法的表面反应。利用装有氟吸附剂的设备，含氟废水中的氟与吸附剂中的其他离子或基团进行交换，残留在吸附剂表面而被除去。吸附剂通过不断的再生，恢复其交换能力。

因此吸附法只适用于低氟含量的自来水处理或深度除氟处理。

2.化学沉淀脱氟法

化学沉淀法是向含氟废水中加入一定量的化学试剂，使其与废水中的氟化物发生反应，生成氟化物沉淀物或利用共沉淀作用吸附氟离子，然后通过过滤或自然沉淀将沉淀物与水体分离，达到除氟的目的。

目前，沉淀法是除氟技术中应用最广泛的方法，适用于处理质量浓度≥100μL的含氟废水。

◎若废水中含有较纯的氟离子，则投加石灰，调节pH值至10-12，生成CaF2沉淀，可使氟化物浓度降低至10mg/L~12mg/L。

◎若废水中含有其它金属离子（如Mg2+、Fe3+、Al3+等），投加消石灰后，除形成CaF2沉淀外，还会形成金属氢氧化物，可使氟的质量浓度降低到8mg/L以下。

◎若加石灰至pH=11-12，再加硫酸铝或聚合铝盐至pH=6-8，则形成氢氧化铝，可使氟化物浓度降低到5mg/L以下。

为了提高除氟效率，可以通过调节废水的酸度以及无机絮凝剂和有机混凝剂的投加量，以及投加过量的Ca(OH)2来达到深度除氟的目的。

常用的沉淀剂有生石灰、消石灰、电石渣、碳酸钙、石粉、可溶性钙盐等。消石灰与氯化钙等钙盐配合使用，配合无机混凝剂和有机混凝剂，可以更有效的降低氟离子浓度。消石灰容易生产，价格相对氯化钙等钙盐优惠，可以中和废水的酸性，处理过程中可以有效去除氟，处理成本相对较低，是光伏企业常用的处理方式。

3.混凝沉淀除氟法

混凝沉淀法是利用水中的F-与Al3+、Fe3+、Mg2+等阳离子形成络合沉淀来去除氟化物的方法。

所用的混凝剂一般为聚合铁、聚合铝等无机混凝剂，也可采用有机混凝剂，包括聚丙烯酰胺、天然高分子化合物（如纤维素、淀粉、木质素等多糖及壳聚糖等），不同混凝剂由于作用机理不同，其降氟效果也不同。

混凝沉淀法可处理含氟量≥100%的废水，设备简单，操作容易，但后期加入的药剂用量较大，废水中引入过多的金属离子和非金属离子，不利于后期综合回用，而且除氟效果不稳定，产生大量难以处理的废渣。

4.电渗析除氟法

采用电渗析法处理含氟废水时，需在半透膜两端建立直流电场，使带负电的氟离子和带正电的离子通过离子交换分别流向阳极和阴极，从而去除废水中的氟离子。

该除氟方法可以应用于饮用水的除氟，但该方法需要先对饮用水进行处理，因此设备成本较高，还存在膜极化结垢的问题。在处理饮用水中的氟离子时，一些对人体有益的物质也会被去除。因此，电渗析除氟在实际应用中受到限制。

5.生化除氟法

生化除氟法，简单来说就是经过长时间的驯化一些微生物，使其具有一定的氟还原和除氟能力，然后将含氟废水投入到装有这些微生物的生物膜反应器中，微生物将废水中的氟离子降解，达到除氟的目的。

该方法只适用于低氟浓度的工业废水，而不适用于高氟浓度的废水，因为高氟浓度的废水中微生物降解氟的能力会受到抑制，其生长也会受到影响，生物膜会脱落，达不到除氟的目的。

6.电凝聚除氟法

采用电凝聚法处理含氟废水时，需要对废水进行电解，通过电解作用，水中可以产生一些絮凝沉淀，这种沉淀物具有静电吸附和离子交换的特性，可以有效去除废水中的氟离子。

该方法所需设备简单，不会产生二次污染，但由于铝镁合金电极容易钝化，电流无法通过，导致铝镁合金电极不能顺利沉淀，从而达不到除氟的效果。

7.反渗透除氟法

反渗透除氟法是利用反渗透膜只能通过水而不通过其他溶质的特性，然后利用足够的压力，使含氟废水中的水分子透过半透膜或反渗透膜分离，达到除氟的目的。

但反渗透除氟方法也有局限性，由于膜的问题，采用该方法除氟对水质要求较高，必须先对水进行预处理，进入膜前的原水水质越好，对膜的损伤越小，使用寿命越长。

此外该方法对高浓度含氟废水处理效果不佳，采用反渗透除氟方法时，如果废水回收率过低，会造成水资源的浪费。

8.浮选废水处理方法

气浮法是通过某种方法产生大量的微气泡，使它们粘附在废水中密度与水接近的固体或液体污染物颗粒上，形成密度小于水的浮体，在浮力作用下，微气泡上浮到水面形成浮渣，从而实现固液分离或液液分离。

气浮除氟主要与其他传统除氟方法配合使用，以强化除氟效果。根据气泡产生方式的不同，可分为电解气浮、散气气浮、溶气气浮等。