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最近幾年，在“雙碳”控制目標(biāo)下，污水處理廠節(jié)能降耗正被提上日程。越來越多的污水廠開始探索光伏發(fā)電的新模式，“污水處理廠+光伏電站”這一組合越來越多地出現(xiàn)在大眾的視野里。

7月18日，武漢北湖污水處理廠即將迎來并網(wǎng)發(fā)電，武漢北湖污水處理廠是國內(nèi)一次性建成的規(guī)模最大的污水處理廠，采用的是光伏+污水處理廠這一模式，這個電站每年能夠提供清潔電能總量約2200萬千瓦時，如果用于廠區(qū)發(fā)電，將會減少大量煤炭的使用，這對于減少二氧化碳排放起著至關(guān)重要的作用。

再比如合肥試點(diǎn)的光伏污水廠包括王小郢污水處理廠、十五里河污水處理廠、小倉房污水處理廠、陶沖污水處理廠，總建設(shè)規(guī)模達(dá)16.3兆瓦。這些項(xiàng)目每年可發(fā)電1567萬千瓦時。與相同發(fā)電量的火電廠相比，可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約5887噸，年減少二氧化碳排放約15753噸，降低粉塵排放約4298噸，節(jié)約電費(fèi)約105萬元……

作為“耗電大戶”，污水處理廠的電能成本一直高企，隨著國家對高能耗產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)控，低碳、環(huán)保、節(jié)能成為目前污水處理廠發(fā)展的主流方向，于是“光伏+污水廠”的新模式成為熱點(diǎn)。由于污水處理廠占地面積較大，可加裝光伏板的空間也相對廣闊，加之污水處理廠上方的光伏板能夠遮擋直射水池的陽光，有效抑制池內(nèi)綠藻生長，此外，在降低發(fā)電成本的同時，余電并網(wǎng)也可參與電力市場交易。

我們看到的是光伏+污水廠模式確實(shí)有效，降低了發(fā)電成本，然而我們不了解的背后，光伏產(chǎn)業(yè)中的晶硅太陽能電池板生產(chǎn)線需要大量用水，同時產(chǎn)生大量廢水， 這種廢水的可生化學(xué)性差、pH也因工藝不同差距很大、氟離子含量高……

1、光伏廢水有哪些特點(diǎn)

光伏是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡稱，光伏行業(yè)就是圍繞將光能轉(zhuǎn)化為電能的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，如單晶硅、多晶硅太陽能電池、組件及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)、集成及運(yùn)行。

在這些產(chǎn)業(yè)中，晶硅組件市場占有率達(dá)到90％，是光伏行業(yè)的主流產(chǎn)業(yè)。據(jù)預(yù)測，到2030年全球光伏累計(jì)裝機(jī)量有望達(dá)1721GW，到2050年將進(jìn)一步增加至4670GW。而且中國是第一大光伏裝機(jī)市場，截止2020年，保持了6年的全球第一。

雖然太陽能是綠色能源，但是作為主流產(chǎn)業(yè)的晶硅材料生產(chǎn)過程可是會產(chǎn)生大量廢水的。在太陽能電池板中，常見的產(chǎn)品就是單晶硅和多晶硅兩種，無論哪一種產(chǎn)品，為了保證晶硅能極大程度的吸收太陽能，在生產(chǎn)過程的工序中都會用鉻酸、硝酸、氫氟酸、硫酸等強(qiáng)氧化性溶液清洗、制絨、刻蝕硅片，同時還要添加異丙醇、乙醇及重金屬作為助劑，所以產(chǎn)生的污水好像煉蠱一樣，“五毒俱全”：pH低，硝態(tài)氮量高、氟離子含量高、可生化性低、含有重金屬等。

近些年生產(chǎn)工藝改進(jìn)主要是在生產(chǎn)過程中添加液氨、雙氧水等原料，而且排水水質(zhì)需達(dá)到《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30484-2013)。

2、光伏廢水如何處理？

光伏行業(yè)發(fā)展迅猛，帶來的污水處理自然也是刻不容緩。這幾年來，光伏廢水整體分為兩大類處理模式，分類分質(zhì)處理和混合處理。

晶硅電池板在生產(chǎn)過程基本會經(jīng)過清洗、制絨、切磨、刻蝕等步驟，而且每個工段廢水的主要污染物不相同，水質(zhì)水量差別也較大。

依據(jù)分質(zhì)收集、分段處理的理念，可以使各處理單元針對主要污染物質(zhì)穩(wěn)定高效的處理，但是處理工序及構(gòu)筑物就會比較復(fù)雜。

對于含氟廢水，可以采用化學(xué)沉淀+混凝的處理工藝。

例如，某個多晶硅片生產(chǎn)廢水處理工程設(shè)計(jì)中，針對含氟廢水采用兩級反應(yīng)沉淀工藝，一級沉淀投加 Ca(OH)２和PAM，二級投加CaCl2和PAM，與其他含氟廢水處理不同的是，工藝在產(chǎn)生CaF2的同時投加了PAM。切磨廢水進(jìn)行了PAC和PAM的混凝沉淀處理，在處理過程每段污水都設(shè)置了調(diào)節(jié)池，缺點(diǎn)是工藝、管網(wǎng)布設(shè)略顯復(fù)雜。

再比如，天津市某生產(chǎn)高壓硅堆、硅材料的廢水，對含氟廢水處理采用的是混凝沉淀工藝，通過投加CaCl2生成CaF2沉淀，后續(xù)投加PAC和PAM加速CaF2的沉降。由于pH是除氟的關(guān)鍵影響因素，所以通過正交試驗(yàn)確定了混凝劑投加最佳pH為8.5～9.5。

對于有機(jī)廢水，通常都是進(jìn)入生物處理單元，雖然光伏廢水COD含量高，但是可生化性能較差，前期需要進(jìn)行提高可生化性的處理。

例如，遼寧的某家單晶硅切片生產(chǎn)線廢水，使用的是格柵→混凝沉淀→水解酸化→接觸氧化→MBR膜工藝，處理后50％的廢水達(dá)市政管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)排放至管網(wǎng)，另50％廢水經(jīng)臭氧消毒和活性炭吸附可進(jìn)行回用。其中水解酸化就是為了提高可生化性設(shè)置的。

清洗廢液也屬于高有機(jī)廢液，可以采用調(diào)節(jié)→混凝沉淀→厭氧→兼氧→接觸氧化工藝，最終出水能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的三級排放標(biāo)準(zhǔn)。

另一種處理方式是將某幾段生產(chǎn)廢水混合處理，水質(zhì)參數(shù)可參考下圖?；旌咸幚砉に嚬芫€會簡單一些，由于不同段污水酸堿性不同，可酸堿中和以廢治廢，但需要構(gòu)筑物池體體積大，而且為了滿足處理效果，水力停留時間均相同，處理效率沒有分質(zhì)分類處理高。

例如，將單晶硅太陽能電池各工段廢水通入綜合廢水調(diào)節(jié)池，這樣的的優(yōu)點(diǎn)是可以將酸堿廢液混合達(dá)到以廢治廢的調(diào)節(jié)目的。之后選用三級混凝沉淀，前兩級目的是為了除去氟離子，最后一級是為了保證后續(xù)生物處理中防止污泥鈣化，進(jìn)行除鈣選用的是Na2CO3作為沉淀劑，最后進(jìn)入兩級A／O工藝去除硝酸鹽和有機(jī)物，因?yàn)榈虲／N在兩級工藝厭氧段都有碳源補(bǔ)充，碳源選擇投加乙酸鈉，最終出水能達(dá)到《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30484—2013）間接排放標(biāo)準(zhǔn)。

再比如，張家港市某多晶硅電池生產(chǎn)含廢水的處理，主要是將清洗制絨和刻蝕工藝段的污水進(jìn)行混合處理，主要工藝是調(diào)節(jié)→兩級沉淀→砂濾→炭濾→離子交換→兩級反滲透→蒸發(fā)結(jié)晶最終出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，每噸廢水處理成本為17.52元。

無論是分質(zhì)中的有機(jī)廢水還是混合處理的廢水可生化性都很差。為了提高微生物抗沖擊性，一般會選擇厭氧處理，為了處理效果穩(wěn)定通常也需要兩級厭氧處理串聯(lián)，可以選擇不同的反應(yīng)器，有的工藝為了提高，可生化性設(shè)置水解酸化或是Fenton氧化，再者由于厭氧處理的特點(diǎn)，后續(xù)必須增加一個好氧生物處理。

為了使F-達(dá)標(biāo)排放，Ca2+通常是過量的，那么在除氟后會有Ca2+含量較高的廢水進(jìn)入生物處理單元，雖然Ca2+是微生物生長必須的，但是過量的Ca2+影響了其它重金屬與一些酶類的正常結(jié)合影響微生物正常代謝，此外微生物呼吸過程產(chǎn)生CO2與Ca2+形成CaCO3包裹在污泥表面，阻礙了微生物與廢水的物質(zhì)流通，也就是污泥鈣化，為了保證生化處理的正常進(jìn)行，進(jìn)入反應(yīng)器的Ca2+濃度應(yīng)低于600mg/L，當(dāng)過高時一般選擇投加Na2CO3除鈣。

兩種處理方法的不同點(diǎn)是：

混合處理過程為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，工藝中很多一級單元處理都無法達(dá)到理想狀態(tài)，所以工藝中常見三級混凝，二級反滲透等。而且各部分廢水酸堿性差異可以達(dá)到以廢治廢。

所謂分質(zhì)和分類一般指的是含氟廢水和有機(jī)廢水兩大類。在處理時由于部分污染物質(zhì)單一的廢水，經(jīng)處理后可以達(dá)到回用，藥劑投加也更為合理，常見的就是含氟廢水的處理以及回用。

3、污水處理廠+光伏項(xiàng)目風(fēng)口，環(huán)保大廠動作不斷

減污降碳協(xié)同增效目標(biāo)下，行業(yè)龍頭們在污水處理廠+光伏領(lǐng)域已經(jīng)紛紛出動，污水處理廠+分布式光伏呈現(xiàn)遍地開花之勢。

三峽集團(tuán)主導(dǎo)的長江大保護(hù)項(xiàng)目與光伏項(xiàng)目多次合體：

蕪湖市朱家橋污水處理廠分布式光伏項(xiàng)目一期工程已于2020年9月并網(wǎng)；

蕪湖市城東污水處理廠分布式光伏項(xiàng)目于2021年9月開始發(fā)電；

蕪湖市三山區(qū)的高安污水處理廠于2021年11月上旬正式并網(wǎng)發(fā)電，其余規(guī)劃中的4座污水廠分布式光伏項(xiàng)目將陸續(xù)投入運(yùn)營。

北控水務(wù)宜興市污水處理廠分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，覆蓋宜興市城市污水處理廠等8個污水處理廠。

首創(chuàng)環(huán)保表示，目前公司在合肥、銅陵等區(qū)域的部分項(xiàng)目公司，利用建筑物、構(gòu)筑物的頂面和廠區(qū)空地鋪設(shè)太陽能光伏板，應(yīng)用光伏發(fā)電，取代部分傳統(tǒng)電廠發(fā)電。

光大水務(wù)積極圍繞“減污降碳”進(jìn)行研學(xué)、探索和試點(diǎn)工作，并于2021年推出“廠內(nèi)光伏”試點(diǎn)項(xiàng)目——依托污水處理和光伏發(fā)電設(shè)施，打出了一套“減污降碳”組合拳，助力公司的“綠色低碳”可持續(xù)發(fā)展之路。

結(jié)語

總之，對于光伏生產(chǎn)廢水，兩種處理模式各有優(yōu)勢，單一方式不能經(jīng)濟(jì)有效的達(dá)到處理要求，而且光伏行業(yè)的蓬勃發(fā)展，工藝的更新，產(chǎn)生的廢水水量、水質(zhì)也隨之變化，國家對工業(yè)廢水處理的標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，在應(yīng)用時因根據(jù)實(shí)際光伏產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)廢水水質(zhì)水量狀況，靈活采用組合方式，取長補(bǔ)短不僅可以達(dá)到處理要求，而且應(yīng)變性也更強(qiáng)。