锂电池电芯和模组生产废水处理案例

锂电池电芯和模组生产废水处理案例

 

锂电池作为一种新兴能源产业，其发展速度之快，应用领域之广，完全颠覆了人们对新能源的传统认识，我国锂电池的产能和应用领域已居全球第一。锂电池电芯和模组产生的废水，由于其成份复杂（有：NMP（N-甲基吡咯烷酮）、小分子有机物酯类、钴酸锂、镍、锰金属离子等污染物）、可生化性差，属于高浓度难降解的有机废水，目前缺乏成熟有效的处理工艺，导致废水无法达标排放。

江西某一锂电池电芯和模组生产新建企业，年产16GWH锂电池电芯和模组。针对废水的特性，采用预处理 厌氧 A/O 混凝沉淀 MBR组合工艺，通过分析废水的特点及处理工艺单元流程，并探讨处理工艺整体的运行效果，为处理同类型的废水提供一定经验借鉴。

一、废水水质

1.废水的水质水量

废水处理能力为70t/d（其中：正极废水：30t/d，负极废水：40t/d），设计废水进水水质指标如表1和表2所示。

 

2.废水特点

①正极废水主要特征污染物为：钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料（钴、镍、锰）、N甲基吡咯烷酮、微量六氟磷酸锂等；其表征污染物为COD、金属离子（钴、镍、锰）、总氮和SS等。

②负极废水主要污染物为：石墨、N甲基吡咯烷酮、高浓度盐水等；表征污染物为COD、总氮和SS等。

二、处理工艺

1. 处理工艺的选择

污水处理工艺的选择应综合考虑处理单元工艺组合的技术可行、运行管理费用、出水水质要求、操作管理难易、占地面积的大小等多种因素。

针对锂电池正负极废水的水质特点，根据微波氧化预处理的实际工程案例经验，设计废水处理工艺如图1所示。

 

2. 处理工艺单元说明

（1） 预处理系统

A.正极废水预处理

正极废水自流到正极废水调节池，提升到预处理反应池，将PH值控制在酸性条件下，开始催化氧化反应，分解难降解有机物，出水的PH值控制10左右，加PAC、PAM混凝沉淀（重金属离子与OH形成难溶氢氧化物，沉淀去除），此处可沉淀部分磷酸根，出水自流到综合调节池。

B. 负极废水预处理

负极废水自流负极废水调节池，水质调节后提升至混凝沉淀池，控制PH值在弱碱条件下，通过投加PAC、PAM进行混凝反应，大部分悬浮物被沉淀去除，出水到综合调节池。

综合调节池应曝气或者搅拌，确保水质和浓度均衡；经过预处理后的水质污染物指标如下：CODcr=3600mg/L，BOD5=1200mg/L，氨氮=54mg/L，SS=330mg/L，总钴=0.02mg/L，总镍=0.02mg/L和总锰=0.02mg/L。

 

（2）厌氧生物处理

经氧化后废水的B/C＞0.3，且预处理出水的CODCr有3600mg/L，厌氧用工艺用于难生化降解的有机废水处理的效果较好，能在低能耗的状态下去除大部分的CODcr和BOD5，有利于后续好氧生物处理。

（3）缺氧-好氧生物处理

A.（A/O）工艺

根据锂电电芯和模组废水的特点，生物脱氮的处理工艺选用缺氧/好氧（A/O）工艺，该工艺分为缺氧阶段、好氧阶段。通过缺氧和好氧交替变化的生物环境完成脱氮反应过程，即硝化与反硝化过程。

B.MBR工艺

MBR工艺即膜生物反应器，选用过滤孔径为0.02μm平板膜，具有以下主要特点：

①由于过滤孔径为0.02μm，因此分离效果非常好，出水水质澄清透亮（悬浮物不超过5mg/L）。

②利用超小孔径截留作用，将微生物菌落留在反应器中，确保了其水力停留时间（HRT）和污泥龄(SRT)的完全分离，使得处理工艺更加灵活稳定。

③膜分离使得大分子的污染物截留在有限的反应器空间中，延长了反应时间，大大提高了降解效果，降低了占地面积。

（4）污泥处理

由于锂电池电芯的正极废水中含有钴镍锰等金属离子，因此，正极废水混凝沉淀后的污泥属于危险废物，该污泥必须利用单独板框压滤机进行脱水处理。

系统中的其他污泥（负极废水沉淀污泥、好氧生物处理的剩余污泥）污泥浓缩池，经板框压滤机脱水后外运。

三、运行状况

该废水处理项目自2024年9月投入使用后，系统稳定运行，正常出水。

废水处理规模按70t/d设计，经调试稳定后统计，电费和药剂费用分别为：2.30元和3.20元，合计废水处理的直接运行成本5.50元/吨废水。