一、背景技術(shù)

　　在太陽能電池生產(chǎn)領(lǐng)域，以多晶硅片為基體制成高堰式螺旋分級機優(yōu)點的太陽能電池一直都是光伏市場的主流產(chǎn)品，而在整個晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈中單多晶硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)是一個用水大戶，在國家倡導(dǎo)節(jié)能減排的大背景下，如何在保證生產(chǎn)工藝和設(shè)備正常運行的前提下大幅降低水資源單耗是一個亟待解決的問題。

　　目前，行業(yè)中單多晶硅塊及硅片的生產(chǎn)環(huán)節(jié)基本都是利用多線切割方式實現(xiàn)的，即高速運行的鋼線攜帶含有 SiC 顆粒的砂漿把硅錠切割成硅塊和把硅塊切割成硅片，可想而知完成切割的硅塊和硅片表面上沾滿高堰式螺旋分級機優(yōu)點了砂漿，所以要進行后續(xù)加工，需要用大量的水進行噴淋沖洗操作，把沾滿砂漿的硅塊和硅片進行預(yù)處理，用水量極大。

　　同時，在硅塊研磨倒角和帶鋸環(huán)節(jié)中，為了使刀口冷卻，也需要大量的水。在現(xiàn)有技術(shù)中，上述用水主要采用自來水，因此對自來水的消耗量較大。

　　二、本清洗方法研究

　　在本方法實施例中，根據(jù)單多晶硅片制造過程中各用水環(huán)節(jié)對水質(zhì)的要求，將這些用水環(huán)節(jié)分成高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié);將高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理，然后作為中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水，這樣能夠較好地利用高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水，減小中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)對自來水的使用量。如果中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水量較大，還可以將這兩個環(huán)節(jié)排出的廢水也進行凈化處理然后作為這兩個環(huán)節(jié)的用水，同樣有助于減小這兩個環(huán)節(jié)的自來水使用量。

　　在實際的單多晶硅片制造過程中，對切割硅塊得到的單多晶硅片進行預(yù)沖洗的環(huán)節(jié)主要是對沾滿砂漿的硅片進行預(yù)沖洗，此時的用水允許含有少量微小顆粒物，所以該環(huán)節(jié)可以認為是低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié);對單多晶硅塊進行形狀及表面加工時用水進行冷卻的環(huán)節(jié)中，允許含有較多的可溶性物質(zhì)，所以該環(huán)節(jié)可以認為是中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié);而在單多晶硅片完成加工后進行清洗時，需要使用去離子水，此時對水質(zhì)要求相當高，所以該環(huán)節(jié)可以認為是高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)。在使用去離子水對單多晶硅片進行清洗時，通常采用多槽式超聲波硅片清洗機，該清洗機有預(yù)漂洗槽、藥液清洗槽、和精漂洗槽。其中藥液清洗槽排出的廢水中含有較多的清洗藥液，凈化處理較為復(fù)雜，因此在本實施例中，只將預(yù)漂洗槽和精漂洗槽排出的廢水進行凈化處理。

　　在對上述用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理時，對于高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水，只進行一級沉淀，然后進行過濾;對于中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行處理時，要進行二級沉淀，然后進行過濾。上述的過濾可以共用一個過濾裝置，一級沉淀可以采用二級沉淀中的第二級沉淀池。

　　具體參考圖1，圖1 是根據(jù)本方法實施例的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)的基本原理的示意圖。

　　圖1

　　如圖 1 所示，本方法實施例的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)中有第一級沉淀池 11、第二級沉淀池 12、以及過濾器 13，它們依次串聯(lián)。第一級沉淀池 11 具有與中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水出口 A 相連的中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的第一級廢水接收口以及將沉淀后的廢水排出的第一級沉淀池出口;第二級沉淀池具有與第一級沉淀池出口相連的第二級沉淀池入口以及與高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水出口相連的高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)廢水接收口;高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)是根據(jù)單多晶硅片制造過程中各用水環(huán)節(jié)對水質(zhì)的要求而劃分。

　　上述的單多晶硅片制造過程中的中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水經(jīng)過廢水出口A 排入第一級沉淀池11，經(jīng)第一級沉淀池11 沉淀處理之后進入第二級沉淀池 12 從而完成了二級沉淀。高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水經(jīng)過廢水出口B 直接排入第二級沉淀池12，即只進行一級沉淀。經(jīng)過過濾器 13 過濾的水經(jīng)過出水口 C 和出水口 D 就可以用作中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水?？梢钥闯霾捎帽痉椒▽嵤├膹U水循環(huán)利用系統(tǒng)可以有效利用單多晶硅片制造過程中的各個環(huán)節(jié)排出的廢水，減小其中的中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的自來水使用量。

　　圖 2 是根據(jù)本方法實施例的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)的示意圖。

　　圖2

　　如圖 2 所示，第一級沉淀池 11 第二級沉淀池 12 過濾器 13 第一級沉淀池 11 和第二級沉淀池 12 可以均為平流式沉淀池，中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水從廢水出口 A 處由第二三通閥 111 引入，經(jīng)過粗濾網(wǎng) 112 后進入第一級沉淀池 11 的進水槽 113(相當于第一級沉淀池 11 的第一級廢水接收口)，或者在中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水已經(jīng)足夠的情況下直接排入污水管網(wǎng) W 中。由于中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水水質(zhì)較差并且所含雜質(zhì)易沉淀，所以匯流管路或渠道必須采用坡度較大的設(shè)計施工。

　　來自于高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水從廢水出口 B 處直接經(jīng)由粗濾網(wǎng) 121(相當于第二級沉淀池 12 的高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)廢水接收口)進入第二級沉淀池 12。第一級沉淀池 11 中的水可以通過溢流(相當于第一級沉淀池 11 的第一級沉淀池出口與第二級沉淀池 12 的二級沉淀池入口)的方式進入第二級沉淀池 12。第一級沉淀池 11 和第二級級沉淀池 12 的串聯(lián)分布方式使得來自于中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水經(jīng)過了兩級沉淀后大部分雜質(zhì)得以沉淀，并且第一級沉淀池 11 和第二級沉淀池 12 可以靈活的互為備用。第一級沉淀池 11 和第二級沉淀池 12 的頂部分別有刮泥車 114、刮泥車 122，內(nèi)部分別有刮泥板 115、刮泥板 123，底部分別有存泥斗 116、泥斗 124。這樣就可以方便的把沉淀的泥沙收集到存泥斗，再被污泥泵 14 抽走。

　　經(jīng)兩級沉淀處理后的廢水通過第二級沉淀池 12 和濾前儲水槽 15 之間的溢流堰 151 進入濾前儲水槽 15。濾前儲水槽 15 的主要功能是為濾前泵 16 和過濾器 13 蓄水。濾前儲水槽 15 中設(shè)置第二高液位傳感器 152、第二中液位傳感器 153 和第二低液位傳感器 154。實際上，該系統(tǒng)還包括控制器，第一高液位傳感器191 與濾前泵16 之間通過控制器相連，控制器用于在液位達到第一高液位傳感器 191 時停止濾前泵 16 ;第一中液位傳感器 192 與增壓泵17 之間通過控制器相連，控制器也用于在液位達到第一中液位傳感器192 時啟動增壓泵 17 ;第一低液位傳感器 193 與增壓泵 17 之間通過控制器相連，控制器還用于在液位低于第一低液位傳感器 193 停止增壓泵 17。

　　第二高液位傳感器 152 用于控制第二三通閥 111，即當濾前儲水槽 15 的液位到達高液位時則發(fā)出信號，與各個液位傳感器以及水泵、閥門連接的控制系統(tǒng)(圖中未示出)根據(jù)該信號，控制第二三通閥 111 把來自于中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水排至污水管網(wǎng) W。第二中液位傳感器 153 發(fā)出信號時，濾前泵 16 開始往過濾器 13 內(nèi)泵水。第二低液位傳感器 154 發(fā)出信號時，濾前泵 16 停止工作，防止抽空。第二級沉淀池 12 與過濾13 之間通過濾前泵 16 相連，濾前泵 16 的輸入端與第二級沉淀池 12 相連，濾前泵 16 的輸出端與過濾器 13 相連;過濾器 13 與壓力罐 18 之間設(shè)置濾后儲水槽 19，濾后儲水槽用于存儲過濾器13 過濾后的水;濾后儲水槽19 與壓力罐18 之間通過增壓泵17 相連，增壓泵17的輸入端與濾后儲水槽 19 相連，增壓泵 17 的輸出端與壓力罐 18 的輸入端相連;壓力罐 18 的輸出端與中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的供水輸入端相連。

　　溢流堰151 上具有通孔，該通孔上安裝有閥門155。通孔的高度與第二中液位傳感153 的高度基本相同或略低于第二中液位傳感器 153 的高度。這樣如果過濾器 13 的水源不足，可以直接打開閥門 155 供水?？梢杂卸鄠€通孔及閥門 155，并可以采用手動閘閥。

　　實際上，過濾器 13 為砂濾器，該砂濾器設(shè)計為具有壓差感應(yīng)控制或固定周期控制式的自動反洗功能過濾裝置，反洗水源采用增壓泵 17 提供水源，反洗水路 131 連接第一三通閥 132 的第一端，第一三通閥 132 的另兩端分別連接增壓泵 17 和壓力罐 18。砂濾器的排污出口可以與第一級沉淀池 11 的入口連接，也可以直接接入污水管網(wǎng) W。

　　反洗程序可采用圖 3 所示的流程，圖 3 是根據(jù)本方法實施例的砂濾器反洗程序的示意圖。

　　圖3

　　經(jīng)砂濾器過濾后的凈水流入濾后儲水槽 19，濾后儲水槽 19 設(shè)置有高、中、低三個液位傳感器，分別是第一高液位傳感器191、第一中液位傳感器192 和低液位傳感器193。第二高液位傳感器 152 與第二三通閥 111 之間通過控制器相連，控制器用于在液位達到第二高液位傳感器152 時控制第二三通閥111 將中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水在污水管網(wǎng) W 和第一沉淀池 11 的入口之間切換;第二中液位傳感器 153 與濾前泵 16 之間通過控制器相連，控制器也用于在液位達到第二中液位傳感器 153 時啟動濾前泵 16 ;第二低液位傳感器154 與濾前泵16 之間通過控制器連接，控制器還用于在液位低于第二低液位傳感器 154 時停止濾前泵 16。也就是說，第一高液位傳感器 191 用于控制濾前泵 16 停止泵水，以達到用多少凈水產(chǎn)多少凈水的目的，最大限度降低系統(tǒng)運行成本。第一中液位傳感器 192 用于控制增壓泵 17 的啟動，即只有在濾后儲水槽 19 的水位到達中液位時才可以啟動增壓泵 17。第一低液位傳感器 193 用于在濾后儲水槽 19 的水位到達低液位時停止增壓泵 27，從而能夠保護增壓泵 17，防止無水空轉(zhuǎn)。在濾后儲水槽 19 的水位符合增壓泵 17 的啟動條件下，增壓泵 17 的啟停完全受壓力罐 18 內(nèi)的壓力感應(yīng)控制。最后通過壓力罐 18 聯(lián)通供水管路由出水口C 和出水口D 分別為中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)進行恒壓供水，最終達到高效利用水資源的目的。

　　應(yīng)用圖2 所示的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)時，可以選用的控制流程如圖4 和圖5 所示。

　　圖4 圖5

　　圖4 是根據(jù)本方法實施例的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)在中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)用水狀態(tài)下的一種控制流程的示意圖。

　　圖 5 是根據(jù)本方法實施例的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)在中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)在停止用水狀態(tài)下的一種控制流程的示意圖。

　　三、本方法的優(yōu)勢

　　本方法目的在于提供一種廢水循環(huán)利用方法與系統(tǒng)，以減小現(xiàn)有技術(shù)中單多晶硅片制造需要消耗大量自來水的問題。

　　1、水質(zhì)分類，合理優(yōu)化資源

　　根據(jù)多晶硅片制造過程中各用水環(huán)節(jié)對水質(zhì)的要求，將用水環(huán)節(jié)分成高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié);將高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理，然后作為中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水。將中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理，然后作為中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水。低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)包括對切割硅錠所得到的硅塊進行沖洗的環(huán)節(jié)、對切割硅塊得到的單多晶硅片進行預(yù)沖洗的環(huán)節(jié)，以及，對切割中所用工裝進行沖洗的環(huán)節(jié);中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)包括對單多晶硅塊進行形狀及表面研磨加工時用水進行冷卻的環(huán)節(jié);高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)包括采用去離子水對切割硅塊得到的單多晶硅片進行清洗的環(huán)節(jié)。

　　高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)中，采用多槽式超聲波硅片清洗機對切割硅塊得到的單多晶硅片進行清洗;將高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理的步驟包括：將多槽式超聲波硅片清洗機的預(yù)漂洗槽和精漂洗槽排出的廢水進行凈化處理。

　　將高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理的步驟包括：將高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水先后進行一級沉淀和過濾;將中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理的步驟包括：將中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水先后進行兩級沉淀和過濾。

　　2、增加沉淀池和過濾器，對水要求進行劃分

　　根據(jù)本方法的另一個方面，還提供了一種廢水循環(huán)利用系統(tǒng)，應(yīng)用于單多晶硅片制造，該系統(tǒng)包括：第一級沉淀池;第二級沉淀池;過濾器;其中，第一級沉淀池、第二級沉淀池、過濾器依次串聯(lián);第一級沉淀池具有與中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水出口相連的第一級廢水接收口以及將沉淀后的廢水排出的第一級沉淀池出口;第二級沉淀池具有與第一級沉淀池出口相連的第二級沉淀池入口以及與高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水出口相連的第二級廢水接收口;高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)是根據(jù)單多晶硅片制造過程中各用水環(huán)節(jié)對水質(zhì)的要求而劃分。

　　3、通過傳感器增加靈敏度

　　本方法提供的系統(tǒng)，還包括控制器，濾后儲水槽內(nèi)由高至低設(shè)置有第一高液位傳感器、第一中液位傳感器和第一低液位傳感器三個液位傳感器，其中，控制器分別與第一高液位傳感器和濾前泵相連，用于在液位達到第一高液位傳感器時停止濾前泵;控制器分別與第一中液位傳感器和增壓泵相連，用于在液位達到第一中液位傳感器時啟動增壓泵;控制器分別與第一低液位傳感器和增壓泵相連，用于在液位低于第一低液位傳感器停止增壓泵。

　　本方法提供的系統(tǒng)，還包括第一三通閥，增壓泵和壓力罐分別連接至第一三通閥的兩端，該第一三通閥的第三端與過濾器的反洗水路連接;過濾器的反洗排污出口與第一級沉淀池的入口連接。

　　本方法提供的系統(tǒng)，還包括第二三通閥、濾前儲水槽和控制器，其中，第二三通閥的第一端與中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水出口連接，第二端與污水管網(wǎng)連接，第三端與第一沉淀池的入口連接;濾前儲水槽與第二級沉淀池通過溢流堰連接，濾前儲水槽內(nèi)由高至低設(shè)置有第二高液位傳感器、第二中液位傳感器和第二低液位傳感器，其中，控制器分別與第二高液位傳感器和第二三通閥相連，用于在液位達到第二高液位傳感器時控制第二三通閥將中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水在污水管網(wǎng)和第一沉淀池的入口之間切換;控制器分別與第二中液位傳感器和濾前泵相連，也用于在液位達到第二中液位傳感器時啟動濾前泵;控制器分別與第二低液位傳感器和濾前泵連接，用于在液位低于第二低液位傳感器時停止濾前泵;溢流堰上具有通孔，該通孔上安裝有閥門，通孔的高度與濾前儲水槽內(nèi)的第二中液位傳感器的高度相同或低于第二中液位傳感器的高度。

　　四、小結(jié)

　　本方法提供了一種廢水循環(huán)利用方法及系統(tǒng)，該方法包括：根據(jù)單多晶硅片制造過程中各用水環(huán)節(jié)對水質(zhì)的要求，將所述用水環(huán)節(jié)分成高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)、和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié);將所述高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)排出的廢水進行凈化處理，然后作為所述中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和所述低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的用水;該系統(tǒng)包括：第一級沉淀池;第二級沉淀池;過濾器;其中，所述第一級沉淀池、所述第二級沉淀池、所述過濾器依次串聯(lián);所述第一級沉淀池和所述第二級沉淀池用于處理中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水;所述第二級沉淀池還用于處理高等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)的廢水。

　　本方法提供的廢水循環(huán)利用方法及系統(tǒng)利用第一級沉淀池和第二級沉淀池對單多晶硅片制造過程中的廢水進行回收并處理之后應(yīng)用于該制造過程，使其中的中等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)和低等水質(zhì)用水環(huán)節(jié)無需額外使用自來水，減小了多晶硅片制造過程中的自來水消耗。本方法實施例中的廢水循環(huán)利用系統(tǒng)的水處理成本也較低，并可長期自動穩(wěn)定運行，而且對于下一代金剛線切割制造工藝而言，該系統(tǒng)依然非常適用，無須升級改造。