锂电池生产废水处理工艺及运行实践

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摘要：锂电行业废水工艺选型，采用“混凝沉淀+UASB厌氧反应池+A/0池+二次沉淀”处理工艺，出水水质达到《电池工业污染物排放标准》(GB30484—2013)表2新建企业水污染物排放限值中间接排放标准要求，生产运行成本仅1.7元/吨水。该系统稳定运行三年，相比园区内其他类似工厂的废水处理站，其机械自动化化程度更高，工艺经济性更优。

关键词：锂电行业；阴阳极废水；NMP；达标排放

引言

在日新月异的现代进程发展中，目前锂电池的广泛应用于手机电池，平板等消费类产品，同时也在电动汽车行业腾飞发展。锂电池作为一种清洁能源，但在生产锂电池的工艺工序中会产生相应的工业废水，其锂电池工厂生产废水主要分为阴极废水及阳极废水，废水主要污染物质有三元材料、钴酸锂、磷酸铁锂、炭粉、NMP溶剂、去离子水溶剂。生产废水的特点是：①阴极废水和阳极废水性质不同，需分别收集进行预处理；②阴极废水中含有回收价值颇高的原材料，单独处理后可在回收提纯；③阴极废水中含有重金属钴、镍、锰，工程设计时需单独考虑以上重金属离子的去除；④阴极废水和阳极废水有机物浓度高，废水可生化降解性一般，且废水中含有不易好氧生化降解的大分子有机物，属高浓度难生化的有机废水。需与生活污水进行混凝均质。下文就实际运行的一座锂电池污水处理站进行分析研究讨论。

1水量、水质

1.1运行规模

生产废水总量275T/d，其中阴极废水150m3/d，阳极废水75m3/d；生活污水50m3/d；

1.2进水水质相关进水水质指标如表1。

1.3出水水质

出水满足《电池工业污染物排放标准》(GB30484—2013)表2新建企业水污染物排放限值中间接排放标准要求，其各项指标排放标准如表2。

2处理工艺

拟采用阴极废水、阳极废水分别收集，经车间三级沉淀预处理后排入污水处理站调节池，阴极&阳极废水通过泵抽入混凝沉淀池，通过不同的工艺参数控制，去除部分污染物，处理后的出水流入预酸化调节池。与厂区车间排放的生活污水在预酸化调节池内汇集后采用“UASB厌氧反应池+A/O池+二次沉淀”工艺进入生化处理，最终通过规范排污口排入市政污水管网。该锂电工业废水站的出水水质达到《电池工业污染物排放标准》(GB30484—2013)表2新建企业水污染物排放限值中间接排放标准要求。

3工艺原理分析

3.1混凝沉淀

因阴极废水中含有钴、镍、锰离子浓度低，但均是重金属污染物，且可与OH-反应生成不溶于水的沉淀物，根据《重金属污水化学法处理设计规范》CECS92:97中规定，以上重金属废水氢氧化物沉淀分离的最佳pH为9～12。根据以上化学特性，针对阴极废水采用氢氧化物化学沉淀分离的方法，的同时将pH值调整到9～12。该系统投入运行管理中，经过长期经验摸索得出，将阴极混凝沉淀调节至pH=9.5时，通过添加碱式氯化铝，阳离子PAM进行混凝沉淀，COD去除率20%以上，钴、镍、锰离子去除率在97%以上，在满足排放标准的同时能节省药剂投加量；阳极混凝沉淀池将pH控制在7～8，通过投加PAM，PAC的，COD去除率高达60%以上；重金属的去除率达96%以上；

3.2厌氧处理工艺

该锂电厂工业废水的营养源(C:N:P)比例严重不均衡，需要额外添加氮肥和葡萄糖，在系统投产运行后，同步添加生活污水，增加其废水的可生化性；生活污水与预处理的阴阳极废水混合调节后，虽然BOD与COD比值大于0.3，可用于生物处理，但其混合废水有机物浓度仍然很高，废水可生化降解性差，直接用好氧处理由于有机负荷过高，导致处理效率低，同时因好氧生化需供给充足的空气来创造微生物生长、繁殖的有利环境，能耗大，并产生的污泥量大，造成二次污染量大，故本系统采用厌氧生物处理，其起作用的细菌为水解细菌，产酸菌、产甲烷菌，在厌氧条件下，不需要动力，将有机物大部分降解到适宜于好氧生物降解的水平，同时产生的甲烷可二次燃烧利用回收。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器和气室三部分组成。混合污水从厌氧污泥床底部进入，与污泥反应器中的污泥进行混合接触，被污泥中的厌氧菌消耗分解为有机物(碳水化合物，沼气)，靠厌氧过程中产生的沼气上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；沼气不断聚合上升，从污泥床的上部形成一些气体附着在污泥颗粒上，随后沼气浓度越来越高，并夹带着部分泥水进入气固液三相分离器。在三相分离其中，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入沼气收集室，固液混合液经过反射进入三相分离器沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，被沉淀区分离出来的污泥在重力作用下沉降至厌氧反应区进行循环。该工艺对有机物浓度去除率可达50%以上，对总氮也有一定的处理效果；进一步降低了进入好氧池的有机负荷。

3.3好氧处理工艺

经厌氧处理后的废水进入好氧池，对污染物进一步降解，因出水氨氮要求必须小于30mg/l，总氮要求必须小于40mg/l，故在好氧处理工艺中兼顾去除COD的同时需具备成熟的生物脱氮工艺，故本次好氧处理选型为A/O(硝化反硝化)工艺。A/O脱氮工艺创造了一个缺氧和好氧交替变化的生物环境，使得好氧异养菌，反硝化菌，硝化菌都处于缺氧/好氧交替环境中，构成一个混凝菌群，能更高效的去除有机物及脱氮的功能；在缺氧条件下，反硝化菌利用污水中的有机碳作为电子供体，以硝酸盐作为电子受体“无氧呼吸”,将回流液中硝态氮还原成氮气释放至大气，从而降解了污水中总氮及氨氮；在好氧条件下，大量的好氧菌分解有机物的同时，硝化菌把污水中的氨氮氧化成硝酸盐；再向缺氧池回流，为脱氮做好必要的准备；该工艺对有机物浓度去除率可达90%以上，对总氮去除率可达70%以上，对总磷的去除率可达50%以上。

3.4污泥减量化利用

本项目废水处理过程中将产生一定量的物化污泥和生化剩余污泥，其中阴阳极污泥中有部分原材料可利用，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。为了减少污泥产生量，阴极与阳极混凝沉淀后的污泥脱水需分别排入浓缩池，由气动泵泵入脱水机进行滤处理；根据运行经验总结，本项目实施后阴极污泥产生量约为150kg/d(污泥含水率约70%)，阳极污泥产生量约为600kg/d(污泥含水率约65%)，因物化污泥可直接通过箱式压滤机进行脱水，其脱水后的污泥送到有资质的单位进行二次分离提纯；而生化部分二次沉淀池剩余污泥、UASB厌氧反应池剩余污泥定期排入生化污泥浓缩池浓缩，生化污泥因其污泥活性大，粘稠度高，故推荐生化剩余污泥使用叠螺压滤机，生化剩余污泥产生量约为：235kg/d(污泥含水率约80%)，脱水后的污泥直接外运堆肥；

4主要构筑物及设备参数

(1)阴阳极废水调节池。阴极废水调节池一座，砼结构，设置顶部盖板，有效容积为48m3，尺寸为3.2m×3.4m×5.0m，有效水深4.5m。配置提升泵2台；电磁流量计一台；阳极废水调节池一座，砼结构，设置顶部盖板，有效容积为90m3，尺寸为5.9m×3.4m×5.0m，有效水深4.5m。配置提升泵2台，电磁流量计一台。(2)阴阳极混凝沉淀池。阳极混凝沉淀池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸为4.6m×2.5m×5.0m，配置液碱、PAC、PAM溶解配制装置2套，在线pH检测仪一套，排泥泵2台；阴极混凝沉淀池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸为3.2m×2.5m×5.0m。配置液碱、PAC、PAM溶解配制装置2套，在线pH检测仪一套，排泥泵2台。(3)预酸化调节池。预酸化调节池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸：3.1m×9.4m×5.0m，有效水深4.5m。提升泵2台，液位控制器1套；电磁流量计1套。(4)UASB池。厌氧反应池一座，砼结构，设置顶部盖板，平面尺寸为3.8m×6.6m×8.0m，有效容积：188m3。配置BS-1300型布水系统1套，三相分离器1套，收水堰1套，沼气收集装置一套，厌氧循环泵2台；(5)A/O(硝化-反硝化)。硝化-反硝化池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸为10.7m×6.6m×5.0m，有效水深4.5m。配置潜水搅拌器1台，旋混曝气器112套，硝化液回流泵2台，在线溶氧仪1台。(6)二沉池。二沉池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸为2.0m×6.6m×5.0m。配置沉淀池组件1套，排泥泵4台，收水堰1套。(7)污泥浓缩池。阴极、综合污泥浓缩池各一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸为1.3m×2.5m×5.0m，有效水深4.5m。阳极污泥浓缩池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸为2.5m×2.5m×5.0m，有效水深4.5m。配置综合、阴极、阳极污泥进料气动隔膜泵4台，厢式压滤机3台，叠螺压滤机1台，配置阳离子PAM、阴离子PAM溶解配制装置2套;(8)事故池。事故池一座，砼结构，设置顶部盖板，尺寸：7.1m×9.4m×5.0m，有效水深4.5m。(9)规范化排污口。规范排污口1座，砖混结构，尺寸L×B×H=8.3×1.4×1.5m。配置在线检测设备一套

5成本分析

该系统稳定运行三年，相比园区内其他类似工厂的废水处理站，其机械自动化化程度更高，工艺经济性更优。其直接运行成本分析如下：(1)人力成本：该工业废水处理站自动化程度较高，无全职人员，日常运行工作由工厂内的机电部的运行人员兼顾，其人力成本预估120元/天，人力成本为0.44元/吨水；(2)药剂成本：该锂电厂污水处理站主要投加药剂有氢氧化钠，聚合氯化铝，碱式氯化铝，阳离子聚丙烯酰胺；阴离子聚丙烯酰胺；其药剂运行单耗为0.90元/吨水：(3)直接电费：该锂电工业废水处理站的电气设备总装机容量为68.48kW；实际运行中日电费用量200kWh；其电费运行单耗0.36元/吨水；(4)直接运行成本=人力成本+药剂成本+直接电费=1.7元/吨水。

参考文献：

[1]王文富，曹华锋，朱建水.探讨电动车生产废水处理[J].科技视界，2014(25):260,282.

[2]王永健.采用BAS工艺升级改造化妆品废水生化处理系统[J].中国给水排水，2014(18):103-105.

[3]田锐.电絮凝处理锂电池生产废水的研究[D].武汉科技大学，2019.

作者：陆杨 单位：宁德时代新能源科技股份有限公司