含氟废水回用处理技术
反渗透是近几十年兴起的水处理技术，在工业供水、再生水回用、废水处理及居民饮用水等领域得到广泛应用，具有环保、脱盐率高等优点。
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。但随着水资源的日益匮乏，含氟废水的回用已成为必然趋势。
某公司主营硅太阳能电池片的生产和销售，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达标后排放，但为了减少水的使用和排放，公司将采用反渗透技术对部分含氟废水进行处理后再用于生产。
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、废碱产生量较少，且为间断排放。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回用。该部分废水由生产设备接独立管道，流入公司原有处理设施进行除氟处理。将酸洗水、碱洗水、废碱液作为原水回用。
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和硬度较低。除氟过程中加入了石灰、絮凝剂等工业药剂，导致处理后的废水COD、电导率、硬度比处理前高。处理后的水质比较复杂，加入过量的钙离子有较大的堵塞反渗透膜的风险。
2 回收工艺设计
针对该企业含氟废水水质特点，决定将含氟废水经处理后回用替代淡水制备生产纯水，将回用处理系统浓水排至原除氟处理设施处理达标后排放。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等特征指标要求。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污设备，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，滤除水中的破碎硅片等异物，避免破碎硅片割破反渗透膜的风险。
由于废水中形成了缓冲溶液，使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，在进入一级反渗透前将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。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、阻垢剂、还原剂加药系统等。此外还配有反渗透清洗及自动控制、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，每个膜壳配6片膜，共计192片反渗透膜。
二级反渗透膜壳同样采用玻璃钢反渗透专用压力容器，也设计为两套系统，每套系统有12个膜壳，每个膜壳安装6片反渗透膜，共计144片反渗透。
2.2.4 阻垢剂加药系统
为了防止浓水端反渗透膜发生化学结垢，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，既能有效控制无机结垢，又能分散堵塞膜孔的铁胶体及细小颗粒。
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，日处理废水量为，产生可再生水，每吨水处理成本约3.53元。以年运行330天计算，年直接运行成本335.5万元；以自来水节约4.25元/m3计算，年节约水费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，静态投资回收期约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。