最近几年，在“双碳”控制目标下，污水处理厂节能降耗正被提上日程。越来越多的污水厂开始探索光伏发电的新模式，“污水处理厂+光伏电站”这一组合越来越多地出现在大众的视野里，比如：
武汉的北湖污水厂，厂区安装了54000余块光伏板，总面积达到18万平方米，相当于25个足球场大小，是国内最大的污水处理厂分布式光伏发电项目。在25年运营期内，此光伏发电站每年可发电约2200万度，全部用于污水处理厂的生产，减少对传统电力的依赖。此举可节约发电燃煤约0.8万吨，相当于减排约2万吨二氧化碳(CO₂）。
再比如合肥试点的光伏污水厂包括王小郢污水处理厂、十五里河污水处理厂、小仓房污水处理厂、陶冲污水处理厂，总建设规模达16.3兆瓦。这些项目每年可发电1567万千瓦时。与相同发电量的火电厂相比，可以节约标准煤约5887吨，年减少二氧化碳排放约15753吨，降低粉尘排放约4298吨，节约电费约105万元……
我们看到的是光伏+污水厂模式确实有效，降低了发电成本，然而我们不了解的背后，光伏产业中的晶硅太阳能电池板生产线需要大量用水，同时产生大量废水， 这种废水的可生化学性差、pH也因工艺不同差距很大、氟离子含量高……
一句话总结，光伏行业生产废水真的很难搞！
光伏废水有哪些特点
光伏是太阳能光伏发电系统的简称，光伏行业就是围绕将光能转化为电能的相关产业，如单晶硅、多晶硅太阳能电池、组件及相关产品生产、研发、集成及运行。
在这些产业中，晶硅组件市场占有率达到90％，是光伏行业的主流产业。据预测，到2030年全球光伏累计装机量有望达1721GW，到2050年将进一步增加至4670GW。而且中国是第一大光伏装机市场，截止2020年，保持了6年的全球第一。
虽然太阳能是绿色能源，但是作为主流产业的晶硅材料生产过程可是会产生大量废水的。在太阳能电池板中，常见的产品就是单晶硅和多晶硅两种，无论哪一种产品，为了保证晶硅能极大程度的吸收太阳能，在生产过程的工序中都会用铬酸、硝酸、氢氟酸、硫酸等强氧化性溶液清洗、制绒、刻蚀硅片，同时还要添加异丙醇、乙醇及重金属作为助剂，所以产生的污水好像炼蛊一样，“五毒俱全”：pH低，硝态氮量高、氟离子含量高、可生化性低、含有重金属等。
近些年生产工艺改进主要是在生产过程中添加液氨、双氧水等原料，而且排水水质需达到《电池工业污染物排放标准》（GB30484-2013)。
光伏废水如何处理？
光伏行业发展迅猛，带来的污水处理自然也是刻不容缓。这几年来，光伏废水整体分为两大类处理模式，分类分质处理和混合处理。
分质分类处理
晶硅电池板在生产过程基本会经过清洗、制绒、切磨、刻蚀等步骤，而且每个工段废水的主要污染物不相同，水质水量差别也较大，如下图所示：
晶硅电池板分段工艺生产废水水质参数（仅供参考）
依据分质收集、分段处理的理念，可以使各处理单元针对主要污染物质稳定高效的处理，但是处理工序及构筑物就会比较复杂。
对于含氟废水，可以采用化学沉淀+混凝的处理工艺。
例如，某个多晶硅片生产废水处理工程设计中，针对含氟废水采用两级反应沉淀工艺，一级沉淀投加 Ca(OH)２和PAM，二级投加CaCl2和PAM，与其他含氟废水处理不同的是，工艺在产生CaF2的同时投加了PAM。切磨废水进行了PAC和PAM的混凝沉淀处理，在处理过程每段污水都设置了调节池，缺点是工艺、管网布设略显复杂。
再比如，天津市某生产高压硅堆、硅材料的废水，对含氟废水处理采用的是混凝沉淀工艺，通过投加CaCl2生成CaF2沉淀，后续投加PAC和PAM加速CaF2的沉降。由于pH是除氟的关键影响因素，所以通过正交试验确定了混凝剂投加最佳pH为8.5～9.5。
对于有机废水，通常都是进入生物处理单元，虽然光伏废水COD含量高，但是可生化性能较差，前期需要进行提高可生化性的处理。
例如，辽宁的某家单晶硅切片生产线废水，使用的是格栅→混凝沉淀→水解酸化→接触氧化→MBR膜工艺，处理后50％的废水达市政管网标准排放至管网，另50％废水经臭氧消毒和活性炭吸附可进行回用。其中水解酸化就是为了提高可生化性设置的。
清洗废液也属于高有机废液，可以采用调节→混凝沉淀→厌氧→兼氧→接触氧化工艺，最终出水能达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的三级排放标准。
混合废水处理
另一种处理方式是将某几段生产废水混合处理，水质参数可参考下图。混合处理工艺管线会简单一些，由于不同段污水酸碱性不同，可酸碱中和以废治废，但需要构筑物池体体积大，而且为了满足处理效果，水力停留时间均相同，处理效率没有分质分类处理高。
例如，将单晶硅太阳能电池各工段废水通入综合废水调节池，这样的的优点是可以将酸碱废液混合达到以废治废的调节目的。之后选用三级混凝沉淀，前两级目的是为了除去氟离子，最后一级是为了保证后续生物处理中防止污泥钙化，进行除钙选用的是Na2CO3作为沉淀剂，最后进入两级A／O工艺去除硝酸盐和有机物，因为低C／N在两级工艺厌氧段都有碳源补充，碳源选择投加乙酸钠，最终出水能达到《电池工业污染物排放标准》（GB30484—2013）间接排放标准。
再比如，张家港市某多晶硅电池生产含废水的处理，主要是将清洗制绒和刻蚀工艺段的污水进行混合处理，主要工艺是调节→两级沉淀→砂滤→炭滤→离子交换→两级反渗透→蒸发结晶最终出水达到回用标准，每吨废水处理成本为17.52元。
两种方式异同点对比
两种处理方法的共同点是：
前期预处理都采用水质调节+混凝沉淀，通过pH的调整，保证混凝沉淀的效果。
无论是分质中的有机废水还是混合处理的废水可生化性都很差。为了提高微生物抗冲击性，一般会选择厌氧处理，为了处理效果稳定通常也需要两级厌氧处理串联，可以选择不同的反应器，有的工艺为了提高，可生化性设置水解酸化或是Fenton氧化，再者由于厌氧处理的特点，后续必须增加一个好氧生物处理。
为了使F-达标排放，Ca2+通常是过量的，那么在除氟后会有Ca2+含量较高的废水进入生物处理单元，虽然Ca2+是微生物生长必须的，但是过量的Ca2+影响了其它重金属与一些酶类的正常结合影响微生物正常代谢。
此外微生物呼吸过程产生CO2与Ca2+形成CaCO3包裹在污泥表面，阻碍了微生物与废水的物质流通，也就是污泥钙化，为了保证生化处理的正常进行，进入反应器的Ca2+浓度应低于600mg/L，当过高时一般选择投加Na2CO3除钙。
两种处理方法的不同点是：
混合处理过程为了达到排放标准，工艺中很多一级单元处理都无法达到理想状态，所以工艺中常见三级混凝，二级反渗透等。而且各部分废水酸碱性差异可以达到以废治废。
所谓分质和分类一般指的是含氟废水和有机废水两大类。在处理时由于部分污染物质单一的废水，经处理后可以达到回用，药剂投加也更为合理，常见的就是含氟废水的处理以及回用。
结语
总之，对于光伏生产废水，两种处理模式各有优势，单一方式不能经济有效的达到处理要求，而且光伏行业的蓬勃发展，工艺的更新，产生的废水水量、水质也随之变化，国家对工业废水处理的标准也越来越严格，在应用时因根据实际光伏产业生产工艺及生产废水水质水量状况，灵活采用组合方式，取长补短不仅可以达到处理要求，而且应变性也更强。
来源：耐盐君 环保水圈
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原文始发于微信公众号（光伏产业通）：光伏废水有多难搞？
