太阳能及多晶硅生产工艺及污染防治措施分析
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摘要：通过对某太阳能及多晶硅生产企业主要生产工艺及产污环节的分析，确定工程污染物产生的种类、数量、浓度及排放量，预测正常工况下生产过程对周围环境的影响程度及范围，提出相应的环境影响的对策和措施。
关键词：多晶硅 环境影响 污染防治
中图分类号：TQl2
文献标识码：A
文章编号：1007-3973(2011)010-117-02
多晶硅是生产单晶硅和太阳能电池的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美国、日本、德国、韩国等国家手中，形成技术封锁、市场垄断。我国多晶硅95％依靠进口，自主供货的严重缺口成为制约我国信息产业和光伏产业发展的瓶颈。多晶硅按照纯度的不同分为电子级和太阳能级。其中电子级占55％左右，太阳能级占45％。为适应市场需求，某硅业有限公司投资1.2元新建一条国内领先的太阳能及多晶硅生产线，年可生产太阳能及多晶硅1500吨。
l、生产工艺及工程污染因素分析
1.1生产工艺分析
主要生产工序见．图l。
将采购来的结晶硅原料进行破碎至粉状后(每小时2吨)，用31％盐酸洗筛(每小时洗硅粉1500公斤，盐酸每小时用量120公斤)，再水洗除酸。物料甩干后进入数控冶炼炉炼化，加入氩气(氩气用量约为100kg／t原料)，进行两次物理分凝过程(微机控制温度大约1000度)，冷却除杂，即为产品多晶硅。
1.2工程污染因素分析
1.2.1废水量及染污物源强
项目用水主要在水洗筛选工艺，用水量约每小时500kg，4t／d。废水排放量按95％计，3.8t／d。项目废水主要由以下几部分组成：
未回收利用的氯硅烷低沸物和氯化氢、提纯分离塔的不凝气体、还原炉开停炉置换尾气、各系统检修时的置换尾气等工艺废气经尾气淋洗塔淋洗处理产生的酸性废水。这部分废水是多晶硅生产废水的主要组成部分，一般占多晶硅生产废水总量的90％以上，其主要污染物为盐酸和氯硅烷水解产生的SiO2等，经机械刮捞后的酸性废水沿管道排入废水处理站调节池。
纯水制备产生的排污水，主要污染物是氯化物。
硅芯及检验棒腐蚀物清洗废水，主要污染物有硝酸、氢氟酸及其钠盐。
硅芯及检验棒加工(切、磨、钻等)废水，主要污染物是硅粉，经初沉后排到废水处理站调节池。
以上各类废水在废水站调节池内混合，混合废水为无机酸性废水，不含有机物和重金属，主要污染物pH
1.2.2废气污染物及源强
项目废气污染源主要有工艺废气和工艺粉尘。
工艺废气主要为酸洗过程中产生的酸雾。酸洗槽规格为2000x800x600mm，表面积为0.96 mz，酸洗工序使用31％盐酸，酸洗温度大致在30℃左右，酸洗过程中产生含有污染物HCI的酸性废气，酸洗工序每天进行8h左右。其理论挥发速率为0.0287 kg／h，全年挥发量为68.88kg。炉中连续排出的氩气惰性气体引至车间外排放，对周围环境影响较小。
工业粉尘主要来自破碎、细磨工段，粉尘初始浓度约500mg／m3，引风量约2000m3／h，粉尘产生量1kg／h。
1.2.3固体废物
在多晶硅生产过程中产生的固体废物主要为水洗筛选出来的不符合要求的原料，及除杂工段产生的含硅杂质，数量每天约为1200kg，360t／a。
2、主要环境影响分析
2.1水环境影响分析
酸性废水由提升泵输送至中和槽与石灰乳发生中和反应，反应分两级进行，一级出水pH达到4-5，二级出水pH达到7-8。废水再进入混凝沉淀池处理，在聚铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)的作用下，水中胶体颗粒脱稳产生凝聚和沉降。过滤后的废水自管道进入回用池回用或外排。外排废水各项指标达到国家排放标准，不会对纳污水体产生不良影响，不影响水环境功能区划达标。
2.2大气环境影响分析
该项目废气主要为酸洗过程中产生的酸性废气，及炉中连续排出的氩气惰性气体。根据工程分析，盐酸酸雾废气经处理后由25m高的排气筒排放，排放浓度和排放速率均满足《大气污染物综合排放标准》(GBl6297-1996)中二级标准要求，对周边环境影响较小。
项目工艺粉尘经袋式除尘器捕集后，排放浓度
2.3固体废物影响分析
项目的固体废物全部得到妥善处置后，其对环境的影响得到有效的控制，不会对环境产生不良影响。
3.1废水污染防治措施
酸性废水由提升泵进入厂内污水处理站调节池，先在中和槽与石灰乳发生中和反应，再进入混凝沉淀池处理，过滤后的废水自管道进入回用池回用或外排。
3.1.1中和
酸性废水由提升泵输送至中和槽与石灰乳发生中和反应，为保证处理系统连续稳定运行，工程采用两级中和槽串联进行中和反应，废水在中和槽升流过程中与通入中和槽中部的石灰乳混合，在搅拌作用下快速反应。通过调整两级中和槽的石灰乳投加量，使一级中和槽出水pH达到4-5，二级中和槽出水pH达到7-8。
3.1.2混合
混合的目的是使水中胶体颗粒脱稳产生凝聚，工程采用管式微涡管道混合器作为混合设备，利用湍流微涡旋和离心惯性效应，实现了PAC、PAM水解产物在废水中的充分扩散，使废水中形成的胶体颗粒得到了更好的脱稳。加药量一般控制每立方米污水投加5％PAC溶液6－10L，投加O.5％PAM溶液2L。通过吸附架桥、沉淀和网捕等作用，快速形成密实的矾花和较大的絮体，在重力和离心力的作用下，密实的矾花和较大的絮体颗粒形成污泥沉淀，过滤后的合格废水进入回用池或外排。
生产废水经此处理工艺处理后，外排废水可稳定达标，处理后的污泥属于一般固体废物，可直接填埋处置。
3.2废气污染防治措施
生产废气主要产生于酸洗槽处，企业严格控制酸洗槽槽液浓度，并在其中添加酸雾抑制剂，以减少酸雾挥发量。同时在酸洗槽上安装集气罩，对收集到的废气通过水喷淋装置+碱液吸收处理后，使用风量不小于2000mS／h的风机引至25m高排气筒排放。收集效率为80％以上，吸收效率为90％以上。盐酸雾无组织排放量为13.78 kg／a，排放速率为0.006 kg／h，有组织排放量为13.78 kg／a，排放浓度为2.3 mg／ms。
项目配各袋式除尘器，对粉尘进行捕集，捕集率约80％，除尘率约95％，经袋式除尘器除尘后，粉尘排放浓度约为30mg／ms，废气量480万m3／a，粉尘排放量0.06kg／h，0.14t／a。
3.3固体废物污染防治措施
生产过程中产生的含硅固体废物每天约1200kg，储存于原料仓库专用固废池，定期全部返还给原料供应商处理。
4、结论
该项目的建设可以一定程度上缓解国内太阳能及多晶硅供应紧张的局面，具有较高的社会效益和经济效益。企业生产工艺处于国内领先水平，整个生产过程“三废”排放量小，在采取切实有效污染防治措施后，不会对周边环境产生不良影响。
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