PV-Silizium-Wafer-Abwasserbehandlungslösung

1. Abwasserquellen, typische Schadstoffe und Wassereigenschaften

Abwasser aus der Herstellung von PV-Siliziumwafern entsteht hauptsächlich während des Wafer-Schneidens, der Texturierung und Reinigung, der sauren und alkalischen Politur, der Entfernung von Klebstoffen, der Kühlung beim Wafer-Schneiden sowie der Werkstattreinigung. Es stellt die größte Abwasserquelle im gesamten Siliziumwafer-Herstellungsprozess dar.

Im Gegensatz zu Solarzellen-Abwasser zeichnet sich Siliziumwafer-Abwasser durch einen hohen Fluoridgehalt, eine hohe Kieselsäurekonzentration, eine hohe Trübung sowie wechselnde saure und alkalische Abwasserströme aus.

Typische Schadstoffe umfassen Fluorid, kolloidale suspendierte Kieselsäure (SiO₂), Säure- und Alkalisalze, Spuren von Rückständen aus Schneidflüssigkeiten sowie Härteionen wie Calcium und Magnesium. Obwohl der gesamte COD-Wert relativ niedrig ist, enthält das Abwasser eine außergewöhnlich hohe Konzentration an kolloidaler Kieselsäure.

Das Abwasservolumen ist beträchtlich und unterliegt erheblichen hydraulischen Schwankungen. Das Sägewasser für Wafer enthält große Mengen feiner Siliciumpartikel, die sich leicht absetzen und Ablagerungen verursachen. Der wechselnde Eintrag saurer und alkalischer Reinigungswässer führt zu drastischen pH-Schwankungen und einer stetig steigenden Salinität. Ohne geeignete Aufbereitung können schwere Ablagerungen, starke Membranverschmutzung sowie überhöhte Fluoridkonzentrationen im gereinigten Abwasser auftreten.

Abwasserbehandlungssysteme müssen die geltenden industriellen Abwassereinleitungsverordnungen und Standards für die Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser einhalten.

2. Häufige Kundenherausforderungen

Die Abwasserbehandlung in der Siliziumwafer-Industrie stellt mehrere hochspezialisierte Herausforderungen dar.

Herkömmliche Aufbereitungsverfahren sind im Allgemeinen nicht wirksam bei der Entfernung ultrafeiner kolloidaler Kieselsäure, was zu langsamer Sedimentation, Schlammansammlung in Ausgleichsbecken, starker Membranverschmutzung und vorzeitigem Membranaustausch führt.

Traditionelle Fluorid-Entfernungstechnologien weisen zudem eine begrenzte Anpassungsfähigkeit an schwankende Abwasserbedingungen auf, was das Risiko erhöht, die zulässigen Fluorid-Ausstoßgrenzwerte zu überschreiten.

Die Herstellung von Silizium-Wafern erfordert große Mengen an Prozesswasser, während herkömmliche Aufbereitungssysteme häufig nur relativ niedrige Wasserrückgewinnungsraten erreichen und dadurch einen hohen Frischwasserverbrauch sowie hohe Betriebskosten verursachen.

Zusätzlich eignen sich standardisierte Aufbereitungseinrichtungen häufig nicht für die stark sauren, alkalischen, verkalkungsanfälligen und korrosiven Betriebsbedingungen der Waferfertigung, was zu häufigen Ausfällen der Anlagen und einem erhöhten Wartungsaufwand führt.

Mit der weiteren Ausweitung der Produktionskapazität benötigen herkömmliche kommunale Abwasserbehandlungsanlagen große Installationsflächen und bieten nur begrenzte Flexibilität bei Kapazitätserweiterungen, wodurch sie für moderne, großmaßstäbliche und kontinuierliche Silizium-Waferfertigung ungeeignet sind.

3. Behandlungsprozess und Konfiguration der Kernanlagen

Um die hohe Kieselsäure-, Fluorid- und Trübstoffkonzentration im Abwasser aus der Siliziumwafer-Herstellung zu behandeln, setzen wir ein bewährtes Aufbereitungsverfahren ein, das folgende Schritte umfasst:

Trennsammlung → Fällung zur Entfernung von Kieselsäure und Fluorid → Wasserenthärtung → Präzisionsfiltration → Fortgeschrittene Membran-Wasserrückgewinnung → Konzentratvolumenreduktion

Trübes Abwasser aus dem Wafer-Schneideprozess sowie saures/alkalisches Prozessabwasser werden getrennt gesammelt und ausgeglichen, um hydraulische Schwankungen und Qualitätsunterschiede im Abwasser zu minimieren.

Ein spezielles Fällungs- und Sedimentationssystem destabilisiert kolloidale Kieselsäure und ermöglicht gleichzeitig eine hochwirksame Fluoridentfernung.

Das behandelte Wasser durchläuft anschließend eine Sandfiltration und eine Aktivkohlefiltration, um verbleibende suspendierte Feststoffe sowie Spuren organischer Verunreinigungen zu entfernen.

Schließlich erzeugt ein Ultrafiltrations-(UF-)System in Kombination mit einem antifouling-Reverse-Osmose-(RO-)Membransystem hochwertiges aufbereitetes Wasser, das sich für die Reinigung und Kühlung von Wafern eignet.

Der verbleibende Konzentratstrom wird durch Volumenreduktionsverfahren weiter aufbereitet, um einen langfristig stabilen Betrieb des gesamten Aufbereitungssystems sicherzustellen.

Kernausstattung umfasst:

• Korrosionsbeständige maßgefertigte Ausgleichsbehälter
• Hochwirksame Siliziumdioxid- und Fluorid-Entfernungreaktoren
• Vollautomatische Wasseraufbereitungssysteme zur Enthärtung
• Präzisionsfiltrationseinheiten
• Foulingresistente Umkehrosmose-Membransysteme
• Intelligente Chemikalien-Dosiersysteme
• Online-Wasserqualitäts-Messgeräte

4. Vorteile der Lösung

Unsere Lösung ist speziell für die Photovoltaik-Siliziumwafer-Industrie konzipiert und bietet zielgenaue Lösungen zur Entfernung von Siliziumdioxid und Fluorid sowie zur Verhinderung von Abscheidungen, wobei sie kontinuierlich aufbereitetes Wasser liefert, das sowohl die Anforderungen an die Einleitung als auch an die Wiederverwendung im Produktionsprozess erfüllt.

Wir stellen vollständig maßgeschneiderte, nichtstandardmäßige Ausrüstung bereit, die gemäß der Anlagenkapazität, den Abwassereigenschaften, dem verfügbaren Installationsraum und den Betriebsbedingungen konzipiert ist. Verstärkte korrosionsbeständige Gehäuse, verschleißfeste Rohrleitungen und verstopfungssichere Filterstrukturen sind speziell für die hochdurchsatzstarken, stark korrosiven und abrasiven Bedingungen entwickelt, die bei der Herstellung von Siliziumwafern auftreten, wodurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Ausrüstung deutlich verbessert werden.

Alle zentralen elektrischen Systeme, mechanischen Geräte und Wasseraufbereitungskomponenten sind nach CE-, UL- und ISO-Normen zertifiziert.

• Die CE-Zertifizierung stellt die Konformität mit den Richtlinien der Europäischen Union sicher, darunter die Richtlinie zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC), die Niederspannungsrichtlinie (LVD) sowie Umweltanforderungen.
• Die UL-Zertifizierung belegt die Einhaltung strenger nordamerikanischer Standards für Brandschutz und elektrische Sicherheit.

Diese international anerkannten Zertifizierungen gewährleisten eine hohe Betriebssicherheit, regulatorische Konformität sowie eine reibungslose Akzeptanz sowohl für nationale als auch internationale Projekte.

Unsere proprietäre Vorbehandlungstechnologie zur Kieselsäureentfernung beseitigt wirksam die kolloidale Membranverschmutzung, reduziert die Wartungshäufigkeit deutlich und verlängert die Lebensdauer der Membranen.

Das System erreicht Wiederverwendungsquoten für Wasser von über 95 % und reduziert dadurch den Frischwasserverbrauch sowie die Kosten für Abwassereinleitung deutlich.

Das modulare, integrierte Design minimiert den erforderlichen Installationsraum und ermöglicht gleichzeitig eine flexible zukünftige Erweiterung. Der vollautomatisierte, intelligente Betrieb verringert den Personalaufwand und stellt einen stabilen, langfristigen Betrieb sicher, wobei zugleich strenge Umweltkonformitätsstandards erfüllt werden.

5. Projektbeispiele und unterstützende Dokumentation

Wir haben bereits zahlreiche Abwasserreinigungsprojekte für führende Hersteller von Photovoltaik-Siliziumwafern erfolgreich abgeschlossen und verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Behandlung von Siliziumwafer-Abwasser sowie in der Wasserrückgewinnung.

Ein Leuchtprojekt ist ein 15-GW-Projekt zur Abwasserbehandlung und Wasserrückgewinnung aus dem Sägen und Reinigen von Siliziumwafern mit einer Behandlungskapazität von 1.500 m³/Tag.

Das System hat langfristig zuverlässig funktioniert und Probleme im Zusammenhang mit der Ansammlung von Siliziumpulver, der Verkrustung von Membranen sowie überhöhten Fluoridkonzentrationen vollständig behoben. Das Projekt bestand erfolgreich die behördlichen Umweltabnahmetests und spart jährlich mehr als 350.000 m³ Frischwasser ein.

Zu den unterstützenden Unterlagen zählen:

• Eigene Patentverfahren zur Entfernung von Silica und Fluorid
• CE-, UL- und ISO-Zertifizierungen
• Von externen Stellen akkreditierte Wasserqualitätsprüfberichte
• Dokumentation zum Projektabschluss und zur Umweltabnahme
• Leistungsreferenzen aus Benchmark-Projekten innerhalb der Photovoltaikindustrie

6. Leistungsumfang und Kooperationsprozess

Wir bieten umfassende EPC-Turnkey-Lösungen für die Abwasserbehandlung speziell für Hersteller von Siliziumwafern an – inklusive Geländebegutachtung, Wasserqualitätsanalyse, maßgeschneiderter Verfahrenstechnik, Konstruktion nichtstandardisierter Ausrüstung, Fertigung, Installation, Inbetriebnahme, Unterstützung bei der Einhaltung umweltrechtlicher Vorgaben, Betriebs- und Wartungsdienstleistungen sowie Systemmodernisierungsprojekten.

Standard-Kooperationsprozess

• Geländebefahrung & Wasserprobenahme – Durchführung einer Vor-Ort-Untersuchung, Entnahme von Abwasserproben und Erstellung eines umfassenden Wasserqualitäts-Analyseberichts.
• Maßgeschneiderte Ingenieurgestaltung – Entwicklung eines speziellen Aufbereitungsverfahrens und maßgeschneiderter Anlagenlösung basierend auf den Betriebsbedingungen der Anlage.
• Anlagenfertigung und Bau – Beginn der maßgeschneiderten Anlagenfertigung und der Baumaßnahmen vor Ort nach Vertragsbestätigung.
• Installation und Inbetriebnahme – Vollständige Installation, integrierte Inbetriebnahme und Probebetrieb bis zur Erreichung einer stabilen Einhaltung der Anforderungen.
• Projektannahme und Schulung – Unterstützung bei den behördlichen Umweltzulassungsverfahren sowie Bereitstellung einer professionellen Bedienerschulung.
• Langfristige technische Unterstützung – Durchführung von Routineinspektionen, vorbeugender Wartung, Systemoptimierung, Geräte-Upgrade sowie Lieferung von Verbrauchsmaterialien und technischer Unterstützung über die gesamte Lebensdauer.