太阳能电池含氟废水处理工艺设计
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摘要：采用两级反应沉淀+吸附法处理太阳能电池含氟废水，介绍了各处理构筑物、运行参数及运行费用等技术指标。运行结果表明，用该工艺处理太阳能电池含氟废水，其出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准要求。处理氟离子浓度低于10mg/L。
关键词含氟废水吸附沉淀氧化钙氯化钙
某太阳能电池有限公司，是以新能源投资与经营管理为主的企业集团，业务涉及能源、化工、科技、工业、贸易、金融、地产等产业。在太阳能电池生产过程中产生一部分含氟废水，如不及时处理会对环境造成严重污染。
1.废水水量、水质及处理标准
1.1 废水水量及水质
废水来源：车间排放含氟废水。
废水流量：83.34 m³/h。
废水水质：氟离子浓度为500-2500 mg/L，pH为6-9。
1.2 出水水质要求
处理出水水质指标，氟离子浓度≤10mg/L，pH6-9，除氟外的其他污染物达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中的三级标准。
氟离子去除方面，目前国内外常用的含氟废水处理方法大致分为两类，即沉淀法和吸附法。此外，还有冷冻法、离子交换树脂除氟法、超滤除氟法、电渗析等，但因为处理成本高，除氟效率低，至今多停留在实验阶段，很少推广应用于工业含氟废水治理。
化学沉淀法是通过投加钙盐等化学药品，形成氟化物沉淀或氟化物被吸附于所形成的沉淀物中而共同沉淀。该方法简单、处理方便，费用低。
化学沉淀法一般采用钙盐沉淀，钙离子与氟离子形成CaF2沉淀，氟离子CaF2沉淀形成除去，现常用钙盐有电石渣、氧化钙和氯化钙等。
电石渣和氧化钙的有效成分主要是氢氧化钙，电石渣中杂质含量多，运输费用较高，产泥量大，溶加药难度大，但成本低；氧化钙成本相居中，产泥量较大，溶解时放出的热量较大，溶解困难。
氯化钙纯度高，运输方便，产泥量较少，污泥处理费用低，溶解加药较容易，但成本相对较高。
考虑到该废水的水质特点、运行费用和污泥处理量的问题，故在一级沉淀反应时，由于含氟量较高，故采用氧化钙作为一级沉淀的药剂，而二级沉淀反应时，废水的含氟量大大降低，为降低污泥的产量，故采用氯化钙。
经过以上处理后的含氟水氟离子浓度较低，再采用吸附法，使氟离子通过与固体介质进行特殊或常规的离子交换或者化学反应，最终吸附在吸附剂上而被去除。
具体水处理工艺见图1-1。
含氟废水进入到集水池，在集水池内混合均质后经提升泵将混合液打入到一级反应沉淀，在一级反应池内分别加入氧化钙溶液、絮凝剂和助凝剂，经快速搅拌后生成大量絮体，混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀下来的污泥由排泥设备排入污泥浓缩池。上清液进入二级反应池，在二级反应池内首先加入氯化钙溶，再加入酸碱调节PH值以及混凝剂和助凝剂，经快速搅拌后生成大量絮体，混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀下来的污泥由排泥设备排入污泥浓缩池。上清液进入吸附系统，经吸附后，排放废水与有机废水处理后的水进行混合后，达标排放。
污泥浓缩池内的污泥在重力沉淀和污泥浓缩机的作用下，进一步的进行了泥水分离，上清液回流至集水池，浓缩后的污泥由污泥泵打进离心脱水机内脱水干化，干化后的污泥外运处置。
3.主要构筑物设计
（1）集水池：重防腐处理，水力停留时间为12h，有效容积为1000m3，2台提升泵，1用1备，耐酸防腐，Q=85m3/h，H=15m，N=11kW，集水池还设有流量计、液位计和pH，均为耐酸防腐型。
（2）一级反应池：重防腐处理，水力停留时间为60min，池体有效容积为81m3，内置搅拌机3台（耐酸防腐），附带pH计1套。向废水中投加药剂，使废水的氟离子生成沉淀物，以达去除效果。
（3）一级沉淀池：重防腐处理，水力停留时间3.5h，有效容积283m3，带周边式刮泥机一台（重防腐），排泥泵2台，1用1备。
（4）二级反应池：重防腐处理，设计参数与一级反应池相同。
（5）二级沉淀池：重防腐处理，水力停留时间和有效容积同一级沉淀池。带有周边传动刮泥机和排泥泵。
（6）中间水池：防腐处理，水力停留时间1h，有效容积85 m3，提升泵3台，两用1备， Q=55m3/h，H=22m，N=7.5kW，将沉淀后废水打进吸附罐，进入吸附处理单元。
（7）吸附罐：采用3套设备，2用1备，进一步去除废水中少量的氟离子。
（8）中水池：水利停留时间为1h，内置反冲洗泵，可用于回用水提升泵。
（9）污泥浓缩池：进行污泥浓缩，有效容积660m3，污泥浓缩机2套，污泥泵3台。
（10）离心脱水机：污泥脱水。
4.处理效果分析
采用两级”反应+沉淀”+吸附工艺，能够去除废水中绝大部分的氟离子，处理效果见表4-1。
表4-1 各处理单元处理效果
5.调试与运行
由于含氟废水处理工艺属物化处理方法，不存在污泥驯化等问题，调试运行时间较短，经过一周调试，加药量可调整到最佳状态，使整个反应体系废水达标排放。投药量根据废水中实际的氟离子浓度的变化而调整。
6．运行费用估算
（1）人工费E1：吨水运行人工费用为0.143元
（2）电费E2：吨水电费为1.22元
（3）药剂费E3：吨水药剂费为2.56元
（4）自来水费用E4：每天水费为0.004元
综合上述运行费用，太阳能电池含氟废水处理运行总成本为3.93元/吨水。
7．结论
针对太阳能电池含氟废水，本次工艺设计采用两级反应沉淀+吸附对其进行处理，废水处理工程整套工艺是针对该企业排放废水的水质、水量特征而专门设计的处理工艺，具有以下特点：工艺成熟，运行效果稳定可靠；采用自动粉料加药系统，大大的节省了工人的劳动强度；采用离心脱水机处理污泥系统，减少污泥清理的难度，节省人力等。经过该工艺后，处理出水可达《污水综合排放标准》中三级标准要求。
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