反渗透技术在含氟废水回用中的应用及优势

反渗透技术在含氟废水回用中的应用及优势

反渗透是近几十年兴起的水处理技术，广泛应用于工业供水、再生水回用、废水处理及居民饮用水，具有环境友好、脱盐率高等优点〔1〕。

近年来，我国光伏产业发展迅速，光伏废水处理日益受到重视。含氟废水是光伏行业产生的废水中的主要成分，大部分企业含氟废水经过脱氟处理后排放。然而，随着水资源的日益匮乏，含氟废水的回用已成为必然趋势。

公司主营业务为硅太阳能电池片生产销售，拥有硅锭、硅片、电池、组件全产业链，在太阳能电池片生产过程中会产生含氟废水，公司原有含氟废水处理设施可通过化学沉淀法处理含氟废水，但部分企业为减少用水量及排放量，采用反渗透技术处理含氟废水后再用于生产。

1 废水情况

1.1 废水来源

公司含氟废水主要来源于电池车间，电池车间的工艺流程为：制绒→扩散→湿法刻蚀→喷涂减反射膜→印刷烧结。硅片制绒和刻蚀两个工序产生废水，包括废酸（硝酸+氢氟酸、氢氟酸+盐酸或氢氟酸）、废碱（氢氧化钾）、酸洗水、碱洗水。废酸、废碱产生量相对较少，为间歇排放，酸洗水、碱洗水产生量较大，水质、水量相对稳定。由于废酸液产生量较少，水质、水量波动较大，且腐蚀性较强，本项目不考虑该部分废水。为了回用，该部分废水通过独立管道引出生产装置，流入公司原有处理设施进行除氟处理，将酸洗水、碱洗水、废碱液作为原水进行回用处理。

1.2 现有除氟设施

废水经公司现有含氟废水处理设施处理后出水可达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）三级标准，除氟处理设施工艺流程见图1。

图1 脱氟处理设施工艺流程

除氟处理设施主要通过投加石灰、氯化钙和絮凝剂，使废水中的氟化物与石灰和氯化钙中的钙离子发生反应，生成氟化钙沉淀，从而去除废水中的氟。

1.3 水质与水量

公司满负荷生产条件下，日产生含氟废水，含氟废水处理系统设计处理能力为/d，脱氟处理前后含氟废水水质情况见表1。

从表1可以看出，含氟废水水质比较清洁，生产过程中纯水中只掺入酸或碱，废水COD、硬度较低；化学药剂导致处理后废水COD、电导率、硬度比处理前高，处理后水质较为复杂，且加入过量的钙离子对反渗透膜堵塞风险较大。

2 回收工艺设计

针对该企业含氟废水水质特点，决定将含氟废水处理后回用至纯水站替代淡水制备生产纯水，回用处理系统浓水排至原除氟处理站。回用水水质须符合《城镇污水再生利用工业用水水质》（GB/T 19923-2005）表1中工艺水和产品水水质标准，同时满足氟化物质量浓度小于5mg/L、电导率小于100μS/cm的特性指标。本项目设计出水水质要求见表2。

经过小规模、中规模试验，确定工艺流程如图2所示。

图2 标准工作曲线

2.1 预处理工艺

预处理工艺由提升泵、pH初调池、活性炭过滤器和氢氧化钠加药系统组成。

由于废水pH值较低，且水中含有破碎硅片及酸、碱与硅片反应生成的二氧化硅等胶体物质，因此废水在进入反渗透系统前需进行预处理。

由于废水中破碎硅片较小，且废水腐蚀性较强，因此不采用常规格栅作为截流设备，而是在废水进入收集池前的管道上安装过滤精度为100μm的袋式过滤器，将过滤后的水中的破碎硅片等异物去除，避免破碎硅片划破反渗透膜的风险。

由于废水中形成缓冲溶液，用氢氧化钠调节废水pH值时，如果直接将废水调节至中性，氢氧化钠的消耗量会很大。为了降低运行成本，需进行两次pH调节，在二级反渗透前将pH值调节至5，废水经一级反渗透膜处理后，大部分弱酸离子被去除，在进入二级反渗透前将水的pH值调节至中性。

活性炭过滤器用于吸附废水中的悬浮物、胶体及少量有机物，进一步保证反渗透系统的进水要求。过滤器配有反冲洗系统，用于清洗活性炭介质，保证活性炭介质的使用寿命。

2.2 反渗透系统

反渗透系统是本回用工程的核心，可去除水中大部分可溶盐、胶体及微生物等，反渗透系统主要包括保安过滤器、高压泵、双级反渗透膜、清洗系统及阻垢剂、减水剂等，此外还配有反渗透清洗、自控、监测等设施。

2.2.1 安全过滤器

保安过滤器采用过滤精度为5μm的滤芯，可以滤除粒径大于5μm的污染物，保证反渗透膜系统正常运行。当保安过滤器进出口压差超过0.1MPa时，需更换滤芯。

2.2.2 高压泵

一级、二级反渗透膜前均安装有高压泵，为反渗透膜组提供足够的进水压力，高压泵采用变频控制，可根据不同水温自动调节运行压力，保护膜元件。

2.2.3 反渗透膜

一级反渗透膜采用海昌能源公司耐酸聚酰胺负载膜元件，该膜元件适用于低pH水质环境，延长膜的使用寿命，反渗透膜长度1m，单片膜脱盐率99.6%，抗污染能力好，膜壳采用玻璃钢反渗透专用压力容器，一级反渗透设计为2个系统，每个膜系统有16片膜壳，每个膜壳装有6片反渗透膜，共计192片。

二级反渗透膜采用海德能CPA-LD反渗透膜元件，膜壳同样采用玻璃钢反渗透专用压力容器，同样设计为2个系统，每个系统12个膜壳，每个膜壳安装6片反渗透膜，共计144片反渗透膜。

2.2.4 阻垢剂加药系统

为了防止浓水端反渗透膜的化学结垢，在废水进入反渗透膜前加入阻垢剂，本系统采用高硅阻垢剂，能有效控制无机结垢，对铁质胶体及细小颗粒还起到分散作用。

加药系统配有溶解罐和计量泵，可根据流量自动调节加药量。

2.2.5 膜清洗系统

反渗透运行压力应小于2MPa，系统长期运行后，反渗透膜会因微量盐类结垢、有机物积累等原因造成性能下降，运行压力升高，此时需进行化学清洗。

清洗系统由清洗药箱、清洗安全过滤器、清洗泵组成。

3 系统运行

系统已运行1年，运行状况良好，系统产水量90～130m3/h，水回收率约60%，脱盐率达98%以上，系统出水水质情况见表3。

4 效益分析

项目总投资约670万元，日处理废水，产可再生水，每吨水处理成本约3.53元，按年运行330天计算，年直接运行成本335.5万元；按节约自来水4.25元/m3计算，年可节省水费403.9万元；本项目实施后，可减少含氟废水脱氟系统处理水量，年可减少废水处理成本237.6万元。项目年净收益306万元。投资回收期约为2.2年，经济效益可观。

该项目实施后，每年可节约新鲜水95万立方米，减少氟化物排放量11.4吨，环境效益明显。

5 结论

反渗透技术在光伏废水回用项目中的应用是可行的，实际运行证明，运行情况良好，不仅减少了新鲜水的使用，还减少了工业废水的排放，具有良好的经济效益和社会效益。

注：本产品为非标定制产品，报价仅供参考