鋰電池生產廢水處理工藝及運行實踐

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摘要：鋰電行業(yè)廢水工藝選型，采用“混凝沉淀+UASB厭氧反應池+A/0池+二次沉淀”處理工藝，出水水質達到《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484—2013)表2新建企業(yè)水污染物排放限值中間接排放標準要求，生產運行成本僅1.7元/噸水。該系統(tǒng)穩(wěn)定運行三年，相比園區(qū)內其他類似工廠的廢水處理站，其機械自動化化程度更高，工藝經濟性更優(yōu)。

關鍵詞：鋰電行業(yè)；陰陽極廢水；NMP；達標排放

引言

在日新月異的現(xiàn)代進程發(fā)展中，目前鋰電池的廣泛應用于手機電池，平板等消費類產品，同時也在電動汽車行業(yè)騰飛發(fā)展。鋰電池作為一種清潔能源，但在生產鋰電池的工藝工序中會產生相應的工業(yè)廢水，其鋰電池工廠生產廢水主要分為陰極廢水及陽極廢水，廢水主要污染物質有三元材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、炭粉、NMP溶劑、去離子水溶劑。生產廢水的特點是：①陰極廢水和陽極廢水性質不同，需分別收集進行預處理；②陰極廢水中含有回收價值頗高的原材料，單獨處理后可在回收提純；③陰極廢水中含有重金屬鈷、鎳、錳，工程設計時需單獨考慮以上重金屬離子的去除；④陰極廢水和陽極廢水有機物濃度高，廢水可生化降解性一般，且廢水中含有不易好氧生化降解的大分子有機物，屬高濃度難生化的有機廢水。需與生活污水進行混凝均質。下文就實際運行的一座鋰電池污水處理站進行分析研究討論。

1水量、水質

1.1運行規(guī)模

生產廢水總量275T/d，其中陰極廢水150m3/d，陽極廢水75m3/d；生活污水50m3/d；

1.2進水水質相關進水水質指標如表1。

1.3出水水質

出水滿足《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484—2013)表2新建企業(yè)水污染物排放限值中間接排放標準要求，其各項指標排放標準如表2。

2處理工藝

擬采用陰極廢水、陽極廢水分別收集，經車間三級沉淀預處理后排入污水處理站調節(jié)池，陰極&陽極廢水通過泵抽入混凝沉淀池，通過不同的工藝參數(shù)控制，去除部分污染物，處理后的出水流入預酸化調節(jié)池。與廠區(qū)車間排放的生活污水在預酸化調節(jié)池內匯集后采用“UASB厭氧反應池+A/O池+二次沉淀”工藝進入生化處理，最終通過規(guī)范排污口排入市政污水管網。該鋰電工業(yè)廢水站的出水水質達到《電池工業(yè)污染物排放標準》(GB30484—2013)表2新建企業(yè)水污染物排放限值中間接排放標準要求。

3工藝原理分析

3.1混凝沉淀

因陰極廢水中含有鈷、鎳、錳離子濃度低，但均是重金屬污染物，且可與OH-反應生成不溶于水的沉淀物，根據《重金屬污水化學法處理設計規(guī)范》CECS92:97中規(guī)定，以上重金屬廢水氫氧化物沉淀分離的最佳pH為9～12。根據以上化學特性，針對陰極廢水采用氫氧化物化學沉淀分離的方法，的同時將pH值調整到9～12。該系統(tǒng)投入運行管理中，經過長期經驗摸索得出，將陰極混凝沉淀調節(jié)至pH=9.5時，通過添加堿式氯化鋁，陽離子PAM進行混凝沉淀，COD去除率20%以上，鈷、鎳、錳離子去除率在97%以上，在滿足排放標準的同時能節(jié)省藥劑投加量；陽極混凝沉淀池將pH控制在7～8，通過投加PAM，PAC的，COD去除率高達60%以上；重金屬的去除率達96%以上；

3.2厭氧處理工藝

該鋰電廠工業(yè)廢水的營養(yǎng)源(C:N:P)比例嚴重不均衡，需要額外添加氮肥和葡萄糖，在系統(tǒng)投產運行后，同步添加生活污水，增加其廢水的可生化性；生活污水與預處理的陰陽極廢水混合調節(jié)后，雖然BOD與COD比值大于0.3，可用于生物處理，但其混合廢水有機物濃度仍然很高，廢水可生化降解性差，直接用好氧處理由于有機負荷過高，導致處理效率低，同時因好氧生化需供給充足的空氣來創(chuàng)造微生物生長、繁殖的有利環(huán)境，能耗大，并產生的污泥量大，造成二次污染量大，故本系統(tǒng)采用厭氧生物處理，其起作用的細菌為水解細菌，產酸菌、產甲烷菌，在厭氧條件下，不需要動力，將有機物大部分降解到適宜于好氧生物降解的水平，同時產生的甲烷可二次燃燒利用回收。UASB由污泥反應區(qū)、氣液固三相分離器和氣室三部分組成。混合污水從厭氧污泥床底部進入，與污泥反應器中的污泥進行混合接觸，被污泥中的厭氧菌消耗分解為有機物(碳水化合物，沼氣)，靠厭氧過程中產生的沼氣上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài)，對下部的污泥層也有一定程度的攪動；沼氣不斷聚合上升，從污泥床的上部形成一些氣體附著在污泥顆粒上，隨后沼氣濃度越來越高，并夾帶著部分泥水進入氣固液三相分離器。在三相分離其中，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入沼氣收集室，固液混合液經過反射進入三相分離器沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，被沉淀區(qū)分離出來的污泥在重力作用下沉降至厭氧反應區(qū)進行循環(huán)。該工藝對有機物濃度去除率可達50%以上，對總氮也有一定的處理效果；進一步降低了進入好氧池的有機負荷。

3.3好氧處理工藝

經厭氧處理后的廢水進入好氧池，對污染物進一步降解，因出水氨氮要求必須小于30mg/l，總氮要求必須小于40mg/l，故在好氧處理工藝中兼顧去除COD的同時需具備成熟的生物脫氮工藝，故本次好氧處理選型為A/O(硝化反硝化)工藝。A/O脫氮工藝創(chuàng)造了一個缺氧和好氧交替變化的生物環(huán)境，使得好氧異養(yǎng)菌，反硝化菌，硝化菌都處于缺氧/好氧交替環(huán)境中，構成一個混凝菌群，能更高效的去除有機物及脫氮的功能；在缺氧條件下，反硝化菌利用污水中的有機碳作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體“無氧呼吸”,將回流液中硝態(tài)氮還原成氮氣釋放至大氣，從而降解了污水中總氮及氨氮；在好氧條件下，大量的好氧菌分解有機物的同時，硝化菌把污水中的氨氮氧化成硝酸鹽；再向缺氧池回流，為脫氮做好必要的準備；該工藝對有機物濃度去除率可達90%以上，對總氮去除率可達70%以上，對總磷的去除率可達50%以上。

3.4污泥減量化利用

本項目廢水處理過程中將產生一定量的物化污泥和生化剩余污泥，其中陰陽極污泥中有部分原材料可利用，若不妥善處理和處置，將造成二次污染。為了減少污泥產生量，陰極與陽極混凝沉淀后的污泥脫水需分別排入濃縮池，由氣動泵泵入脫水機進行濾處理；根據運行經驗總結，本項目實施后陰極污泥產生量約為150kg/d(污泥含水率約70%)，陽極污泥產生量約為600kg/d(污泥含水率約65%)，因物化污泥可直接通過箱式壓濾機進行脫水，其脫水后的污泥送到有資質的單位進行二次分離提純；而生化部分二次沉淀池剩余污泥、UASB厭氧反應池剩余污泥定期排入生化污泥濃縮池濃縮，生化污泥因其污泥活性大，粘稠度高，故推薦生化剩余污泥使用疊螺壓濾機，生化剩余污泥產生量約為：235kg/d(污泥含水率約80%)，脫水后的污泥直接外運堆肥；

4主要構筑物及設備參數(shù)

(1)陰陽極廢水調節(jié)池。陰極廢水調節(jié)池一座，砼結構，設置頂部蓋板，有效容積為48m3，尺寸為3.2m×3.4m×5.0m，有效水深4.5m。配置提升泵2臺；電磁流量計一臺；陽極廢水調節(jié)池一座，砼結構，設置頂部蓋板，有效容積為90m3，尺寸為5.9m×3.4m×5.0m，有效水深4.5m。配置提升泵2臺，電磁流量計一臺。(2)陰陽極混凝沉淀池。陽極混凝沉淀池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸為4.6m×2.5m×5.0m，配置液堿、PAC、PAM溶解配制裝置2套，在線pH檢測儀一套，排泥泵2臺；陰極混凝沉淀池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸為3.2m×2.5m×5.0m。配置液堿、PAC、PAM溶解配制裝置2套，在線pH檢測儀一套，排泥泵2臺。(3)預酸化調節(jié)池。預酸化調節(jié)池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸：3.1m×9.4m×5.0m，有效水深4.5m。提升泵2臺，液位控制器1套；電磁流量計1套。(4)UASB池。厭氧反應池一座，砼結構，設置頂部蓋板，平面尺寸為3.8m×6.6m×8.0m，有效容積：188m3。配置BS-1300型布水系統(tǒng)1套，三相分離器1套，收水堰1套，沼氣收集裝置一套，厭氧循環(huán)泵2臺；(5)A/O(硝化-反硝化)。硝化-反硝化池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸為10.7m×6.6m×5.0m，有效水深4.5m。配置潛水攪拌器1臺，旋混曝氣器112套，硝化液回流泵2臺，在線溶氧儀1臺。(6)二沉池。二沉池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸為2.0m×6.6m×5.0m。配置沉淀池組件1套，排泥泵4臺，收水堰1套。(7)污泥濃縮池。陰極、綜合污泥濃縮池各一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸為1.3m×2.5m×5.0m，有效水深4.5m。陽極污泥濃縮池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸為2.5m×2.5m×5.0m，有效水深4.5m。配置綜合、陰極、陽極污泥進料氣動隔膜泵4臺，廂式壓濾機3臺，疊螺壓濾機1臺，配置陽離子PAM、陰離子PAM溶解配制裝置2套;(8)事故池。事故池一座，砼結構，設置頂部蓋板，尺寸：7.1m×9.4m×5.0m，有效水深4.5m。(9)規(guī)范化排污口。規(guī)范排污口1座，磚混結構，尺寸L×B×H=8.3×1.4×1.5m。配置在線檢測設備一套

5成本分析

該系統(tǒng)穩(wěn)定運行三年，相比園區(qū)內其他類似工廠的廢水處理站，其機械自動化化程度更高，工藝經濟性更優(yōu)。其直接運行成本分析如下：(1)人力成本：該工業(yè)廢水處理站自動化程度較高，無全職人員，日常運行工作由工廠內的機電部的運行人員兼顧，其人力成本預估120元/天，人力成本為0.44元/噸水；(2)藥劑成本：該鋰電廠污水處理站主要投加藥劑有氫氧化鈉，聚合氯化鋁，堿式氯化鋁，陽離子聚丙烯酰胺；陰離子聚丙烯酰胺；其藥劑運行單耗為0.90元/噸水：(3)直接電費：該鋰電工業(yè)廢水處理站的電氣設備總裝機容量為68.48kW；實際運行中日電費用量200kWh；其電費運行單耗0.36元/噸水；(4)直接運行成本=人力成本+藥劑成本+直接電費=1.7元/噸水。

參考文獻：

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作者：陸楊 單位：寧德時代新能源科技股份有限公司