新能源汽車動力電池生產廢水深度處理研究

收稿日期：2024-03-19

作者簡介：李元志（1988—），男，安徽宿州人，碩士，工程師。研究方向：污水、固廢處理。

摘要：混凝-低溫蒸發-高級氧化-混凝-水解酸化-兩級缺氧好氧（Anoxic Oxic，AO）法是一種新型組合工藝，可用于處理新能源汽車動力電池生產廢水。工程實際運行結果表明，出水化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）、總氮（Total Nitrogen，TN）和總磷（Total Phosphorus，TP）的平均濃度分別為85 mg/L、23.6 mg/L、0.95 mg/L，pH為7.2，水質滿足《電池工業污染物排放標準》（GB 30484—2013）的新建企業水污染物間接排放標準限值要求。

關鍵詞：動力電池生產廢水；深度處理；高級氧化；混凝；新能源汽車

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.05.051

Research on Advanced Treatment of Wastewater from the Production of Power Batteries for New Energy Vehicles

LI Yuanzhi1， LIU Jia2

（1. Beijing Mechanical Biological Treatment Engineer Co.， Ltd.， Beijing 100086， China;

2. Sinomach Tdi International Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100083， China）

Abstract： The coagulation - low temperature evaporation - advanced oxidation - coagulation - hydrolysis acidification - two stage Anoxic Oxic （AO） method is a new combination process that can be used to treat wastewater from the production of new energy vehicle power batteries. The actual operation results of the project show that the average concentrations of Chemical Oxygen Demand （COD）， Total Nitrogen （TN）， and Total Phosphorus （TP） in the effluent are 85 mg/L， 23.6 mg/L， and 0.95 mg/L， respectively， with a pH of 7.2， and the water quality meets the limit requirements of the indirect discharge standard for water pollutants from newly established enterprises in the Battery Industry Pollutant Discharge Standard

（GB 30484—2013）.

Keywords： wastewater from power battery production; advanced treatment; advanced oxidation; coagulation; new energy vehicles

隨著新能源汽車市場的迅猛發展，動力電池需求量急劇增加。電池生產廢水主要來源于電池制造過程，水量不大，但成分復雜，具有一定毒性，生化性較差。廢水既可能含有鋅、鐵和鎘等重金屬，還可能含有酸、堿和鹽等成分。鋰電池生產過程會產生含有鎳鈷錳酸鋰、N-甲基吡咯烷酮（N-Methylpyrrolidone，NMP）、聚偏氟乙烯黏結劑和石墨等物質的廢水。這些廢水含有重金屬、有機物等有害物質，對生態環境和動植物構成威脅[1]。因此，如何有效處理這些廢水成為亟待解決的問題。對于鋰電池生產廢水，常用的處理方法有中和沉淀法、生物處理法、電析法、膜法、物理化學法、氧化分解法、電化學法、活性炭吸附法、反滲透法和蒸發法等。作為一種新型深度處理技術，混凝-低溫蒸發-高級氧化-混凝-水解酸化-兩級缺氧好氧（Anoxic Oxic，AO）法組合工藝可用于處理新能源汽車動力電池生產廢水。

1 項目概況

某新能源汽車項目動力電池生產廢水主要來源于電池生產車間，包括負極石墨廢水、電解液預處理廢水、鋁殼清洗廢水和NMP回收廢水等，合計350 m3/d，生活污水產生量為250 m3/d。各類廢水的水質與水量如表1所示。主要水質監測指標有化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、總磷（Total Phosphorus，TP）、氨氮（NH3-N）、pH、F-和總氮（Total Nitrogen，TN）。出水滿足《電池工業污染物排放標準》（GB 30484—2013）的新建企業水污染物排放限值要求。

2 工藝流程

首先利用廢水調節池調節石墨廢水的水量與水質，然后通過混凝沉淀去除廢水中石墨粉、TP和膠體等污染物。出水進行低溫蒸發，蒸發后母液作為危廢外運處置。蒸餾冷凝液與電解液預處理廢水共同進入廢水調節池，混合廢水進行芬頓高級氧化，去除難降解有機污染物，然后進入混凝反應槽，在沉淀池進行泥水分離。上清液進入綜合廢水調節池，泥排入污泥儲池。本單元主要去除TP、COD等污染物[2]。

預處理后的混合廢水與鋁殼清洗廢水、NMP回收廢水一起排入綜合廢水調節池。綜合廢水調節池混合廢水先進入混凝反應槽，然后進入沉淀池進行泥水分離，泥排入污泥儲池，水進入水解酸化池。本單元主要去除TP、COD等污染物。水解酸化池可利用細胞外酶將廢水中有機大分子物質分解為小分子，這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用，可改善廢水的可生化性，為后續的好氧生化處理創造條件[1]。

水解酸化池出水與生活污水進入厭氧池，之后經缺氧池進入好氧池，最后在沉淀池進行泥水分離。部分污泥回流至厭氧池進行循環使用，部分排放至污泥儲池，上清液進入清水池，達標排放。好氧生化池利用微生物進行生化反應，去除主要污染物。本單元主要去除COD、氨氮、TN和TP等污染物。混凝沉淀物化污泥、剩余污泥統一排至污泥濃縮池，經過重力濃縮后進入隔膜壓濾機進行脫水處理，泥餅作為危廢外運處理。

3 主要構筑物及設備參數

3.1 廢水調節池

廢水調節池用于收集廢水，調節水質與水量。采用鋼筋混凝土結構，長為30 m，寬為8 m，高為6 m，有效水深為5 m，有效容積為1 250 m3。根據不同污水來源設置隔斷，水力停留時間為48 h。

3.2 石墨混凝反應池

石墨廢水主要污染物為石墨粉、F-和PO43-，向廢水中投加NaOH溶液調節pH至8～9，再添加混凝劑聚合氯化鋁及助凝劑聚丙烯酰胺，廢水中氟化物和磷酸鹽與聚合氯化鋁電解產生的Al3+反應，產生不溶于水的化合物，進而從水中脫離，并在網捕集結作用下轉化成易沉淀的大絮體，之后通過沉淀池進行沉淀分離，泥水分離。反應池長為1.4 m，寬為1.4 m，高為1.1 m，有效容積為1.5 m3，水力停留時間為40 min，設置槳葉攪拌器3臺，NaOH、聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺加藥裝置各配備1套。

3.3 石墨豎流沉淀池

混凝反應生成的絮凝體在重力作用下自然沉降，絮凝體沉降進入池底錐形沉泥斗中，澄清水沿池周邊溢流堰流出，實現泥水分離。沉淀池直徑為1.0 m，高度為3.0 m，有效水深為2.6 m，水力停留時間為2.0 h。排泥泵配備2臺。

3.4 低溫蒸發設備

廢水進入低溫蒸發器，蒸發溫度設定為35～40 ℃，壓縮機壓縮冷媒產生熱量，水分快速蒸發，同時冷媒通過膨脹閥汽化后吸收熱量制冷，蒸汽上升遇冷液液化進入儲水罐，冷媒吸收熱量，通過壓縮機壓縮制熱，給廢水再加熱。蒸汽排出，經降溫冷凝形成蒸餾水，濃水排入濃水桶委托外部單位處理。可去除大部分重金屬、有機物和無機鹽等污染物。設備長為4.0 m，寬為1.8 m，高為4.0 m，處理能力為10 m3/d。

3.5 芬頓反應池

電解液預處理廢水主要污染物為碳酸酯、F-等，向廢水中投加HCL溶液調節pH至2～4，再添加過氧化氫及硫酸亞鐵產生羥基自由基，去除難降解有機污染物。設備長為3.0 m，寬為1.4 m，高為2.5 m，有效容積為8.0 m3，水力停留時間為2 h，設置槳葉攪拌器3臺，HCL、H2O2、FeSO4加藥裝置各配備1套。

3.6 電解液混凝反應池

向廢水中投加NaOH溶液調節pH至8～9，再添加聚合氯化鋁及聚丙烯酰胺，去除廢水中部分有機物、氟化物和磷鹽。反應池長為2.2 m，寬為0.8 m，高為1.8 m，有效容積為2.6 m3，水力停留時間為40 min，設置槳葉攪拌器3臺，NaOH、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺加藥裝置各配備1套。

3.7 電解液豎流沉淀池

沉淀池直徑為2.0 m，高度為4.5 m，有效水深為4.0 m，水力停留時間為2.0 h。排泥泵配備2臺。

3.8 綜合混凝反應池

綜合廢水包含負極石墨廢水、電解液預處理廢水、鋁殼清洗廢水和NMP回收廢水，向混合廢水中投加NaOH溶液調節pH至8～9，再添加聚合氯化鋁及聚丙烯酰胺，去處廢水中部分污染物。反應池長為4.0 m，寬為1.6 m，高為2.5 m，有效容積為13.4 m3，水力停留時間為40 min，設置槳葉攪拌器3臺，NaOH、聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺加藥裝置各配備1套。

3.9 綜合斜管沉淀池

沉淀池長為3.8 m，寬為2.5 m，高為4.2 m，有效水深為3.0 m，水力停留時間為1.2 h。排泥泵配備2臺。

3.10 水解酸化池

池體長為14.0 m，寬為3.0 m，高為6.8 m，有效容積為250 m3，水力停留時間為14 h。

3.11 生化池

生化池采用兩級AO法，缺氧段溶解氧含量不大于0.2 mg/L，好氧段溶解氧含量為2～4 mg/L。缺氧段主要通過厭氧菌的作用，將污水中的大分子有機物分解為小分子有機物，同時釋放磷元素。在好氧段，好氧菌會吸收利用小分子有機物中的氧，將有機物氧化分解為二氧化碳和水，同時將磷元素轉化為富磷污泥。池體長為17.5 m，寬為4.0 m，高為6.8 m，共有4座，總有效容積為1 680 m3，總水力停留時間為67 h。

3.12 二沉池

對剩余污泥進行儲存，并回流至厭氧池前端，保證生化池污泥濃度。二沉池出水靠重力流入清水池，經巴氏計量槽達標排放。池體長為17.5 m，寬為3.0 m，高為4.0 m，共有4座，有效容積為180 m3，水力停留時間為6 h。

4 技術分析

深度處理前后的進出水指標如表2所示，出水滿足《電池工業污染物排放標準》（GB 30484—2013）的新建企業水污染物排放限值要求。進出水COD平均濃度分別為3 683 mg/L、85 mg/L，COD平均去除率為97.69%。進出水TP平均濃度分別為35.20 mg/L、0.95 mg/L，TP平均去除率為97.31%。進出水TN平均濃度分別為127.8 mg/L、23.6 mg/L，TN平均去除率為81.53%。

5 結論

針對新能源汽車動力電池生產廢水，采用混凝-低溫蒸發-高級氧化-混凝-水解酸化-兩級AO法組合工藝進行處理，最終出水水質滿足《電池工業污染物排放標準》（GB 30484—2013）的新建企業水污染物間接排放標準限值要求。實踐結果表明，該組合工藝處理效果良好，出水水質穩定，取得較好的環境效益及社會效益，對新能源汽車動力電池生產行業的廢水處理有一定的參考價值。

參考文獻

1 郭富成，李瀚翔，張黎明，等.鋰電池生產廢水處理站提標改造工程[J].中國給水排水，2016（10）：111-115.

2 王鐵軍，李夢軻，沈連峰.一種鋰離子電池生產廢水處理工藝效果研究[J].水處理技術，2019（7）：125-127.