隨著工業(yè)化不斷的進(jìn)展，全球性能源短缺問題日益嚴(yán)峻，如何開發(fā)和利用新型能源是現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，鋰電池已經(jīng)成為新能源開發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目，鋰電池作為一種新興能源產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展速度之快，應(yīng)用領(lǐng)域之廣，完全顛覆了人們對新能源的傳統(tǒng)認(rèn)識，我國鋰電池的產(chǎn)能和應(yīng)用領(lǐng)域已居全球第一。鋰電池電芯和模組產(chǎn)生的廢水，由于其成份復(fù)雜（有：NMP（N-甲基吡咯烷酮）、小分子有機(jī)物酯類、鈷酸鋰、鎳、錳金屬離子等污染物）、可生化性差，屬于高濃度難降解的有機(jī)廢水，目前缺乏成熟有效的處理工藝，導(dǎo)致廢水無法達(dá)標(biāo)排放。

福建某一鋰電池電芯和模組生產(chǎn)新建企業(yè)，年產(chǎn)16GWH鋰電池電芯和模組。針對廢水的特性，采用預(yù)處理+UBF+A/O+混凝沉淀+MBR組合工藝，通過分析廢水的特點(diǎn)及處理工藝單元流程，并探討處理工藝整體的運(yùn)行效果，為處理同類型的廢水提供一定經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1、工藝設(shè)計

1.1 廢水的水質(zhì)水量

廢水處理能力為70t/d（其中：正極廢水：30t/d，負(fù)極廢水：40t/d），設(shè)計廢水進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表1和表2所示。

1.2 廢水特點(diǎn)

①正極廢水主要特征污染物為：鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料（鈷、鎳、錳）、N甲基吡咯烷酮、微量六氟磷酸鋰等；其表征污染物為COD、金屬離子（鈷、鎳、錳）、總氮和SS等。

②負(fù)極廢水主要污染物為：石墨、N甲基吡咯烷酮、高濃度鹽水等；表征污染物為COD、總氮和SS等。

2、處理工藝

2.1 處理工藝的選擇

污水處理工藝的選擇應(yīng)綜合考慮處理單元工藝組合的技術(shù)可行、運(yùn)行管理費(fèi)用、出水水質(zhì)要求、操作管理難易、占地面積的大小等多種因素。

針對鋰電池正負(fù)極廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，根據(jù)微波氧化預(yù)處理的實(shí)際工程案例經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計廢水處理工藝如圖1所示。

2.2 處理工藝單元說明

2.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

2.2.1.1 正極廢水預(yù)處理

正極廢水自流到正極廢水調(diào)節(jié)池，提升到預(yù)處理反應(yīng)池，將PH值控制在酸性條件下，開始催化氧化反應(yīng)，分解難降解有機(jī)物，出水的PH值控制10左右，加PAC、PAM混凝沉淀（重金屬離子與OH形成難溶氫氧化物，沉淀去除），此處可沉淀部分磷酸根，出水自流到綜合調(diào)節(jié)池。

2.2.1.2 負(fù)極廢水預(yù)處理

負(fù)極廢水自流負(fù)極廢水調(diào)節(jié)池，水質(zhì)調(diào)節(jié)后提升至混凝沉淀池，控制PH值在弱堿條件下，通過投加PAC、PAM進(jìn)行混凝反應(yīng)，大部分懸浮物被沉淀去除，出水到綜合調(diào)節(jié)池。

綜合調(diào)節(jié)池應(yīng)曝氣或者攪拌，確保水質(zhì)和濃度均衡；經(jīng)過預(yù)處理后的水質(zhì)污染物指標(biāo)如下：CODcr=3600mg/L，BOD5=1200mg/L，氨氮=54mg/L，SS=330mg/L，總鈷=0.02mg/L，總鎳=0.02mg/L和總錳=0.02mg/L。

2.2.2 厭氧生物處理

經(jīng)氧化后廢水的B/C＞0.3，且預(yù)處理出水的CODCr有3600mg/L，因此厭氧用UBF的工藝，即將UASB與AF（厭氧濾池）結(jié)合，UBF工藝用于難生化降解的有機(jī)廢水處理的效果較好，能在低能耗的狀態(tài)下去除大部分的CODcr和BOD5，有利于后續(xù)好氧生物處理。

2.2.3 缺氧-好氧生物處理

2.2.3.1 （A/O）工藝

根據(jù)鋰電電芯和模組廢水的特點(diǎn)，生物脫氮的處理工藝選用缺氧/好氧（A/O）工藝，該工藝分為缺氧階段、好氧階段。通過缺氧和好氧交替變化的生物環(huán)境完成脫氮反應(yīng)過程，即硝化與反硝化過程。

硝化反應(yīng)：在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，污水中的氨氮氧化成硝酸鹽，回流缺氧池，為反硝化的脫氮做好準(zhǔn)備。

反硝化反應(yīng)：在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機(jī)物被氧化穩(wěn)定。即NO2--N和NO3--N還原成N2的過程，稱為反硝化反應(yīng)。

具體的原理如圖2所示。

2.2.3.2 MBR工藝

MBR工藝即膜生物反應(yīng)器，選用過濾孔徑為0.02μm平板膜，具有以下主要特點(diǎn)：

①由于過濾孔徑為0.02μm，因此分離效果非常好，出水水質(zhì)澄清透亮（懸浮物不超過5mg/L）。

②利用超小孔徑截留作用，將微生物菌落留在反應(yīng)器中，確保了其水力停留時間（HRT）和污泥齡(SRT)的完全分離，使得處理工藝更加靈活穩(wěn)定。

③膜分離使得大分子的污染物截留在有限的反應(yīng)器空間中，延長了反應(yīng)時間，大大提高了降解效果，降低了占地面積。

2.2.4 污泥處理

由于鋰電池電芯的正極廢水中含有鈷鎳錳等金屬離子，因此，正極廢水混凝沉淀后的污泥屬于危險廢物，該污泥必須利用單獨(dú)板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理。

系統(tǒng)中的其他污泥（負(fù)極廢水沉淀污泥、好氧生物處理的剩余污泥）污泥濃縮池，經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水后外運(yùn)。

3、運(yùn)行狀況分析

3.1 運(yùn)行費(fèi)用分析

廢水處理規(guī)模按70t/d設(shè)計，經(jīng)調(diào)試穩(wěn)定后統(tǒng)計，電費(fèi)和藥劑費(fèi)用分別為：2.30元和3.20元，合計廢水處理的直接運(yùn)行成本5.50元/噸廢水。

3.2 運(yùn)行效果分析

經(jīng)檢測，出水污染物排放指標(biāo)如下表3。

出水指標(biāo)滿足《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表2中直接排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4、結(jié)論及建議

（1）工程表明，采用預(yù)處理+UBF+A/O+MBR組合工藝可有效處理鋰電池電芯和模組生產(chǎn)廢水，出水水質(zhì)穩(wěn)定且完全滿足排放要求。

（2）該處理工藝的廢水處理運(yùn)行成本（電費(fèi)和藥劑費(fèi)用）約為5.50元/噸廢水。

（3）本項(xiàng)目的處理工藝的思路，可以為日后的同類型廢水處理提供借鑒。