引言

隨著工業化不斷的進展，全球性能源短缺問題日益嚴峻，如何開發和利用新型能源是現階段工業發展的關鍵，鋰電池已經成為新能源開發的重點項目[1-2]，鋰電池作為一種新興能源產業，其發展速度之快，應用領域之廣，完全顛覆了人們對新能源的傳統認識，我國鋰電池的產能和應用領域已居全球第一。鋰電池電芯和模組產生的廢水，由于其成份復雜（有：NMP（N-甲基吡咯烷酮）、小分子有機物酯類、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廢水，目前缺乏成熟有效的處理工藝，導致廢水無法達標排放。 福建某一鋰電池電芯和模組生產新建企業，年產16GWH鋰電池電芯和模組。針對廢水的特性，采用預處理+UBF+A/O+混凝沉淀+MBR組合工藝，通過分析廢水的特點及處理工藝單元流程，并探討處理工藝整體的運行效果，為處理同類型的廢水提供一定經驗借鑒。

1 工藝設計

1.1 廢水的水質水量 廢水處理能力為70t/d（其中：正極廢水：30t/d，負極廢水：40 t/d），設計廢水進水水質指標。

1.2 廢水特點 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

污水壓濾機處理工藝的選擇應綜合考慮處理單元工藝組合的技術可行、運行管理費用、出水水質要求、操作管理難易、占地面積的大小等多種因素。 針對鋰電池正負極廢水的水質特點，根據微波氧化預處理的實際工程案例經驗，設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 預處理系統

2.2.1.1 正極廢水預處理 正極廢水自流到正極廢水調節池，提升到預處理反應池，將 PH 值控制在酸性條件下，開始催化氧化反應，分解難降解有機物，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，出水自流到綜合調節池。

2.2.1.2 負極廢水預處理 負極廢水自流負極廢水調節池，水質調節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 進行混凝反應，大部分懸浮物被沉淀去除，出水到綜合調節池。綜合調節池應曝氣或者攪拌，確保水質和濃度均衡；經過預處理后的水質污染物指標如下：CODcr=3600 mg/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 經氧化后廢水的B/C＞0.3，且預處理出水的CODCr有3600mg/L，因此厭氧用UBF的工藝，即將UASB與AF（厭氧濾池）結合［5］，UBF工藝用于難生化降解的有機廢水處理的效果較好，能在低能耗的狀態下去除大部分的CODcr和BOD5，有利于后續好氧生物處理。

2.2.3 缺氧-好氧生物處理

2.2.3.1 （A/O）工藝 根據鋰電電芯和模組廢水的特點，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境完成脫氮反應過程，即硝化與反硝化過程。 硝化反應：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備。 反硝化反應：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，有機物被氧化穩定。

2.2.3.2 MBR 工藝 MBR 工藝即膜生物反應器，選用過濾孔徑為 0.02μm 平板膜，具有以下主要特點：①由于過濾孔徑為 0.02μm，因此分離效果非常好，出水水質澄清透亮（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定。③膜分離使得大分子的污染物截留在有限的反應器空間中，延長了反應時間，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板框壓濾機進行脫水處理。 系統中的其他污泥（負極廢水沉淀污泥、好氧生物處理的剩余污泥）污泥濃縮池，經板框壓濾機脫水后外運。

3 運行狀況分析

3.1 運行費用分析 廢水處理規模按70t/d設計，經調試穩定后統計，電費和藥劑費用分別為：2.30元和3.20元，合計廢水處理的直接運行成本5.50元/噸廢水。 3.2 運行效果分析 經檢測，出水污染物排放指標.

4 結論及建議 （1）工程表明，采用預處理+UBF+ A/O+MBR組合工藝可有效處理鋰電池電芯和模組生產廢水，出水水質穩定且完全滿足排放要求。 （2）該處理工藝的廢水處理運行成本（電費和藥劑費用）約為5.50元/噸廢水。 （3）本項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。