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锂电池生产废水处理的工艺选型及运行实践

2020-11-06陆杨宁德时代新能源科技股份有限公司福建宁德352100

化工管理 2020年23期
关键词:混凝盖板阴极

陆杨(宁德时代新能源科技股份有限公司,福建 宁德 352100)

0 引言

在日新月异的现代进程发展中,目前锂电池的广泛应用于手机电池,平板等消费类产品,同时也在电动汽车行业腾飞发展。锂电池作为一种清洁能源,但在生产锂电池的工艺工序中会产生相应的工业废水,其锂电池工厂生产废水主要分为阴极废水及阳极废水,废水主要污染物质有三元材料、钴酸锂、磷酸铁锂、炭粉、NMP 溶剂、去离子水溶剂。生产废水的特点是:①阴极废水和阳极废水性质不同,需分别收集进行预处理;②阴极废水中含有回收价值颇高的原材料,单独处理后可在回收提纯;③阴极废水中含有重金属钴、镍、锰,工程设计时需单独考虑以上重金属离子的去除;④阴极废水和阳极废水有机物浓度高,废水可生化降解性一般,且废水中含有不易好氧生化降解的大分子有机物,属高浓度难生化的有机废水。需与生活污水进行混凝均质。下文就实际运行的一座锂电池污水处理站进行分析研究讨论。

1 水量、水质

1.1 运行规模

生产废水总量275T/d,其中阴极废水150m3/d,阳极废水75m3/d;生活污水50m3/d;

1.2 进水水质

相关进水水质指标如表1。

表1 相关进水水质指标

1.3 出水水质

出水满足《电池工业污染物排放标准》(GB 30484—2013)表2 新建企业水污染物排放限值中间接排放标准要求,其各项指标排放标准如表2。

表2 各项指标排放标准

2 处理工艺

拟采用阴极废水、阳极废水分别收集,经车间三级沉淀预处理后排入污水处理站调节池,阴极&阳极废水通过泵抽入混凝沉淀池,通过不同的工艺参数控制,去除部分污染物,处理后的出水流入预酸化调节池。与厂区车间排放的生活污水在预酸化调节池内汇集后采用“UASB 厌氧反应池+A/O 池+二次沉淀”工艺进入生化处理,最终通过规范排污口排入市政污水管网。该锂电工业废水站的出水水质达到《电池工业污染物排放标准》(GB 30484—2013)表2 新建企业水污染物排放限值中间接排放标准要求。

3 工艺原理分析

3.1 混凝沉淀

因阴极废水中含有钴、镍、锰离子浓度低,但均是重金属污染物,且可与OH-反应生成不溶于水的沉淀物,根据《重金属污水化学法处理设计规范》CECS92:97 中规定,以上重金属废水氢氧化物沉淀分离的最佳pH 为9~12。根据以上化学特性,针对阴极废水采用氢氧化物化学沉淀分离的方法,的同时将pH值调整到9~12。该系统投入运行管理中,经过长期经验摸索得出,将阴极混凝沉淀调节至pH=9.5 时,通过添加碱式氯化铝,阳离子PAM 进行混凝沉淀,COD 去除率20%以上,钴、镍、锰离子去除率在97%以上,在满足排放标准的同时能节省药剂投加量;阳极混凝沉淀池将pH 控制在7~8,通过投加PAM,PAC 的,COD 去除率高达60%以上;重金属的去除率达96%以上;

3.2 厌氧处理工艺

该锂电厂工业废水的营养源(C:N:P)比例严重不均衡,需要额外添加氮肥和葡萄糖,在系统投产运行后,同步添加生活污水,增加其废水的可生化性;生活污水与预处理的阴阳极废水混合调节后,虽然BOD 与COD 比值大于0.3,可用于生物处理,但其混合废水有机物浓度仍然很高,废水可生化降解性差,直接用好氧处理由于有机负荷过高,导致处理效率低,同时因好氧生化需供给充足的空气来创造微生物生长、繁殖的有利环境,能耗大,并产生的污泥量大,造成二次污染量大,故本系统采用厌氧生物处理,其起作用的细菌为水解细菌,产酸菌、产甲烷菌,在厌氧条件下,不需要动力,将有机物大部分降解到适宜于好氧生物降解的水平,同时产生的甲烷可二次燃烧利用回收。UASB 由污泥反应区、气液固三相分离器和气室三部分组成。混合污水从厌氧污泥床底部进入,与污泥反应器中的污泥进行混合接触,被污泥中的厌氧菌消耗分解为有机物(碳水化合物,沼气),靠厌氧过程中产生的沼气上升运动,使污泥床上部的污泥处于悬浮状态,对下部的污泥层也有一定程度的搅动;沼气不断聚合上升,从污泥床的上部形成一些气体附着在污泥颗粒上,随后沼气浓度越来越高,并夹带着部分泥水进入气固液三相分离器。在三相分离其中,沼气碰到分离器下部的反射板时,折向反射板的四周,然后穿过水层进入沼气收集室,固液混合液经过反射进入三相分离器沉淀区,污水中的污泥发生絮凝,颗粒逐渐增大,被沉淀区分离出来的污泥在重力作用下沉降至厌氧反应区进行循环。该工艺对有机物浓度去除率可达50%以上,对总氮也有一定的处理效果;进一步降低了进入好氧池的有机负荷。

3.3 好氧处理工艺

经厌氧处理后的废水进入好氧池,对污染物进一步降解,因出水氨氮要求必须小于30mg/l,总氮要求必须小于40mg/l,故在好氧处理工艺中兼顾去除COD 的同时需具备成熟的生物脱氮工艺,故本次好氧处理选型为A/O(硝化反硝化)工艺。A/O脱氮工艺创造了一个缺氧和好氧交替变化的生物环境,使得好氧异养菌,反硝化菌,硝化菌都处于缺氧/好氧交替环境中,构成一个混凝菌群,能更高效的去除有机物及脱氮的功能;在缺氧条件下,反硝化菌利用污水中的有机碳作为电子供体,以硝酸盐作为电子受体“无氧呼吸”,将回流液中硝态氮还原成氮气释放至大气,从而降解了污水中总氮及氨氮;在好氧条件下,大量的好氧菌分解有机物的同时,硝化菌把污水中的氨氮氧化成硝酸盐;再向缺氧池回流,为脱氮做好必要的准备;该工艺对有机物浓度去除率可达90%以上,对总氮去除率可达70%以上,对总磷的去除率可达50%以上。

3.4 污泥减量化利用

本项目废水处理过程中将产生一定量的物化污泥和生化剩余污泥,其中阴阳极污泥中有部分原材料可利用,若不妥善处理和处置,将造成二次污染。为了减少污泥产生量,阴极与阳极混凝沉淀后的污泥脱水需分别排入浓缩池,由气动泵泵入脱水机进行滤处理;根据运行经验总结,本项目实施后阴极污泥产生量约为150kg/d(污泥含水率约70%),阳极污泥产生量约为600kg/d(污泥含水率约65%),因物化污泥可直接通过箱式压滤机进行脱水,其脱水后的污泥送到有资质的单位进行二次分离提纯;而生化部分二次沉淀池剩余污泥、UASB 厌氧反应池剩余污泥定期排入生化污泥浓缩池浓缩,生化污泥因其污泥活性大,粘稠度高,故推荐生化剩余污泥使用叠螺压滤机,生化剩余污泥产生量约为:235kg/d(污泥含水率约80%),脱水后的污泥直接外运堆肥;

4 主要构筑物及设备参数

(1)阴阳极废水调节池。阴极废水调节池一座,砼结构,设置顶部盖板,有效容积为48m3,尺寸为3.2m×3.4m×5.0m,有效水深4.5m。配置提升泵2 台;电磁流量计一台;阳极废水调节池一座,砼结构,设置顶部盖板,有效容积为90m3,尺寸为5.9m×3.4m×5.0m,有效水深4.5m。配置提升泵2 台,电磁流量计一台。

(2)阴阳极混凝沉淀池。阳极混凝沉淀池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸为4.6m×2.5m×5.0m,配置液碱、PAC、PAM 溶解配制装置2 套,在线pH 检测仪一套,排泥泵2 台;阴极混凝沉淀池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸为3.2m×2.5m×5.0m。配置液碱、PAC、PAM 溶解配制装置2 套,在线pH 检测仪一套,排泥泵2 台。

(3)预酸化调节池。预酸化调节池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸:3.1m×9.4m×5.0m,有效水深4.5m。提升泵2 台,液位控制器1 套;电磁流量计1 套。

(4)UASB 池。厌氧反应池一座,砼结构,设置顶部盖板,平面尺寸为3.8m×6.6m×8.0m,有效容积:188m3。配置BS-1300型布水系统1 套,三相分离器1 套,收水堰1 套,沼气收集装置一套,厌氧循环泵2 台;

(5)A/O(硝化-反硝化)。硝化-反硝化池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸为10.7m×6.6m×5.0m,有效水深4.5m。配置潜水搅拌器1 台,旋混曝气器112 套,硝化液回流泵2 台,在线溶氧仪1 台。

(6)二沉池。二沉池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸为2.0m×6.6m×5.0m。配置沉淀池组件1 套,排泥泵4 台,收水堰1 套。

(7)污泥浓缩池。阴极、综合污泥浓缩池各一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸为1.3m×2.5m×5.0m,有效水深4.5m。阳极污泥浓缩池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸为2.5m×2.5m×5.0m,有效水深4.5m。配置综合、阴极、阳极污泥进料气动隔膜泵4台,厢式压滤机3 台,叠螺压滤机1 台,配置阳离子PAM、阴离子PAM 溶解配制装置2 套;

(8)事故池。事故池一座,砼结构,设置顶部盖板,尺寸:7.1m×9.4m×5.0m,有效水深4.5m。

(9)规范化排污口。规范排污口1 座,砖混结构,尺寸L×B×H=8.3×1.4×1.5m。配置在线检测设备一套

5 成本分析

该系统稳定运行三年,相比园区内其他类似工厂的废水处理站,其机械自动化化程度更高,工艺经济性更优。其直接运行成本分析如下:(1)人力成本:该工业废水处理站自动化程度较高,无全职人员,日常运行工作由工厂内的机电部的运行人员兼顾,其人力成本预估120 元/天,人力成本为0.44 元/吨水;(2)药剂成本:该锂电厂污水处理站主要投加药剂有氢氧化钠,聚合氯化铝,碱式氯化铝,阳离子聚丙烯酰胺;阴离子聚丙烯酰胺;其药剂运行单耗为0.90 元/吨水:(3)直接电费:该锂电工业废水处理站的电气设备总装机容量为68.48kW;实际运行中日电费用量200kWh;其电费运行单耗0.36 元/吨水;(4)直接运行成本=人力成本+药剂成本+直接电费=1.7 元/吨水。

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