在经济快速发展的现代社会中，锂电池因其安全性高、比容量大、自放电率好等性能，广泛应用于电子产品和电动汽车领域。锂电池作为一种清洁能源存储设备，已成为人们日常生活中的一种重要产品，但在生产锂电池的过程中会产生相应的废水，主要分为阴极废水及阳极废水，阴极废水中含有重金属钴、镍、锰、甲基吡咯烷酮等污染物，阳极废水主要污染物质有石墨、导电碳、SBR聚苯橡胶、有机溶剂、铜箔等。阴极废水和阳极废水有机物浓度高，且含有不易生化降解的大分子有机物，可生化性较差，属高浓度难降解有机废水。在当前碳达峰碳中和双碳经济背景下，对该类废水采用节能环保的措施进行有效治理，成为企业生存发展的迫切任务。

1、项目介绍

1.1 水量水质

该废水的水质特征是有机污染物种类繁多，水质复杂。阴极废水中含有第一类污染物镍，总氮和氨氮较高，可生化性较差，一般B/C=0.20~0.25，其主要水质指标如表1所示。本项目设计处理水量：阳极废水700m3/d，阴极废水300m3/d。实际水量：阳极废水600m3/d，阴极废水300m3/d。

出水满足《电池工业污染物排放标准》（GB30484—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所示。

1.2 工艺流程

锂电池生产废水工艺流程见图1。阴极废水通过收集管道流入调节池1，经调节池1调节水质水量，提升泵加压至混凝沉淀系统，经加药去除重金属后汇入综合调节池，与阳极废水混合后，加压至电Fenton系统，经电Fenton去除部分有机物，出水经加药沉淀和管式微滤膜（DF膜），去除废水中的细小悬浮物及其他污染物后进入厌氧进水池，厌氧系统采用升流式厌氧污泥床（UASB），利用培养的厌氧污泥，分解废水中的有机污染物。在UASB反应池上部设置三相分离器，通过三相分离器，固、液、气三相得到分离，甲烷由收集器收集排出，处理水则经由溢流渠收集排出。厌氧出水进入厌氧沉淀池、缺氧池及好氧池，部分好氧混合液回流至缺氧池，经缺氧和好氧处理后能有效去除COD和氨氮。经过生化沉淀池泥水分离，上清液达标排放，污泥经浓缩压滤脱水后委外处置。

1.3 主要构筑物和工艺参数

1）调节池1，用于收集阴极废水，达到对废水均质均量的目的。调节池1工艺尺寸为12m×6m×5.5m，有效容积V=360m3，水力停留时间28.8h，调节池1设提升泵2台（1用1备）。

2）混凝沉淀池1，用于阴极废水预处理，将重金属镍处理到0.5mg/L以下。该处理系统由3座反应池和1座沉淀池组成，单座混凝反应池工艺尺寸为2m×2m×4m，混凝反应池设置机械搅拌机和加药泵，分别投加NaOH、PAC、PAM和重捕剂。沉淀池工艺尺寸为6m×3m×4m，采用斜板沉淀池形式，表面负荷为0.69m3（/m2·h），沉淀池设排泥泵2台（1用1备）。

3）综合废水调节池，用于收集预处理后的阴极废水和阳极废水，达到对废水均质均量的目的。综合废水调节池工艺尺寸为20m×10m×5.5m，有效容积V=1000m3，水力停留时间24h，综合调节池设提升泵2台（1用1备）。

4）电Fenton反应器，用于催化降解难处理有机物，提高废水可生化性。设有1套电Fenton催化器，工艺尺寸为4m×2.5m×4.5m，配直流电源。

5）混凝沉淀池2，主要由3座混凝反应池和1座沉淀池组成，单座混凝反应池工艺尺寸为3m×3m×5m，设置机械搅拌机和加药泵，分别投加NaOH、PAC和PAM。沉淀池工艺尺寸为9m×6m×5m，采用斜板沉淀池形式，表面负荷为0.77m3（/m2·h），沉淀池设排泥泵2台（1用1备）。

6）管式超滤膜系统（DF膜），主要由美国POREX膜组件、膜机架、膜进水泵（型号CR90-3-2，Q=74m3/h，扬程40m，功率18.5kW）、PLC自控系统以及相应清洗加药系统组成。管式超滤膜组件型号为MME2S01637VP，材质为PVDF，膜孔径为0.02~0.05μm，膜通量为250~450L/（m2·h），48支，设计处理规模为37.5m3/h，24h连续运行。当出水流量下降到36m3/h以下时，用10%的NaClO对膜系统进行化学清洗，以恢复膜通量，清洗频率为1次/周。该系统不需沉淀和预过滤，可直接进行过滤实现固液分离，水中污染物不需沉淀就能有效去除，且DF膜化学稳定性强，耐受强酸强碱和强氧化性化学物质。

7）厌氧反应器，采用UASB进行厌氧处理，由污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器及进出水系统等各功能部分组成，可去除60%~70%左右的有机物。2座反应器有效容积为1413m3，工艺尺寸为D10m×12m，水力停留时间33.9h，容积负荷（以CODCr计）2.3kg/（m3·d）。

8）厌氧沉淀池，经过厌氧反应后的废水进入该池，以达到泥水分离的目的。工艺尺寸为D8.5m×5m，采用辐流沉淀池形式，设刮泥机1台，表面负荷为0.73m3（/m2·h），有效容积V=255.2m3。设污泥回流泵2台（1用1备），当UASB出水跑泥时开启污泥回流泵。

9）缺氧池，设置高效脱氮填料，进行反硝化反应，提高脱氮效率。缺氧池尺寸为10m×6m×5.5m，有效容积300m3，水力停留时间7.2h。设潜水搅拌机2台。

10）好氧池，经过缺氧处理后的废水进入好氧池，消化液回流比为100%~150%。工艺尺寸为20m×10m×5.5m，有效容积V=1000m3，水力停留时间24h。设磁悬浮风机2台（1用1备），Q=16m3/min，扬程6m，N=55kW，具有低耗能、低噪音、长寿命、零摩擦、免维修和易安装的优点，比传统罗茨风机节能30%~40%。

11）沉淀池，经过好氧反应后的废水进入该池，以达到泥水分离的目的。采用辐流沉淀池形式，工艺尺寸为D8.5m×5m，表面负荷为0.73m3（/m2·h），有效容积V=255.2m3。设刮泥机1台。

2、处理效果、工程投资和运行成本分析

2.1 各单元处理效果

阴极废水经混凝沉淀预处理后和阳极废水合并处理，采用电Fenton-混凝反应-DF-厌氧反应器-AO组合工艺进行处理，20d平均运行数据见表4，运行效果如图2所示。

从表4中可以看出，混凝沉淀对镍的去除效果较好，当阴极废水进水中Ni2+为2.3~2.9mg/L时，在混凝沉淀池投加NaOH调节pH至弱碱性，Ni2+可与OH反应生成Ni（OH）2沉淀，并且投加适量的PAC、PAM和重捕剂，加快镍的沉淀，经混凝沉淀后出水Ni2+为0.1~0.3mg/L，去除率达到89.3%。

从图2可以看出，电Fenton对CODCr的去除率较高，达到了35.0%，且提高了废水的可生化性，废水的B/C从0.22提高到了0.31。电Fenton工艺克服了传统Fenton法中有机物的降解速率不均匀的现象，保证反应持续高效进行，该设备通过阴极还原溶解氧，原位生成的H2O2在溶液中Fe2+的催化作用下，产生羟基自由基来降解有机物，电Fenton的降解原理：（a）H2O2的产生，在酸性电解液中，溶解氧在阴极被还原，持续地产生H2O2，如式（1）所示；（b）H2O2的活化，溶解态的Fe2+与H2O2反应生成·OH，同时得到Fe3+，如式（2）所示；（c）污染物降解，生成的·OH具有高氧化还原电位（可达到2.8eV），氧化能力较强，可将大部分污染物降解为小分子有机物提升废水的可生化性，一部分降解为CO2、H2O和其他无机离子，如式（3）和式（4）所示。

混凝反应-DF膜出水对SS的去除率很高，达到99.7%，这是因为PAC和PAM加入废水中，便会产生压缩双电层，使废水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体，絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中的大量悬浮物；管式超滤膜组件（DF膜）孔径为0.02~0.05μm，其原理是利用滤膜具有的微孔结构，将悬浮物截留在滤膜一侧，从而实现对悬浮物的去除。

UASB-AO生化工艺对CODCr、BOD5、NH3-N、TN和TP的去除率较高，分别达到了97.5%、97.1%、92.7%、80.0%和77.5%，这是因为在好氧条件下，氨氮首先通过硝化作用被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，然后再通过反硝化作用被还原为氮气，从而将氮气释放到大气中，达到脱氮的效果。在厌氧条件下，聚磷菌释放磷并吸收易降解的有机物；在好氧条件下，聚磷菌超量吸收磷，最终通过排放含有大量富磷的污泥来实现生化除磷。在厌氧环境下，首先是大分子有机物通过水解反应被分解为小分子；接着通过酸化反应进一步分解为简单的化合物；然后是产乙酸反应，将这些简单的化合物转化为乙酸等；最后是产甲烷反应，将乙酸等转化为甲烷和二氧化碳。在好氧环境下，经前道厌氧预处理后，废水的可生化性大大提高，有机物被好氧微生物分解成二氧化碳、水及其他小分子物质而得到去除。

电Fenton-混凝反应-DF-厌氧反应器-AO组合工艺处理锂电池生产综合废水，对CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP和SS的去除率分别达到98.7%、97.6%、94.9%、84.5%、93.6%和98.5%，出水水质可达到GB3084—2013表2新建企业水污染物排放限值间接排放标准要求。

2.2 工程投资分析

本项目工程设计处理水量为1000m3/d，投资共计866万元，其中土建投资435万元，设备投资431万元。

2.3 运行成本分析

1）电费。

装机总功率309kW，实际运行功率221kW，功率系数取0.8，电价按0.7元（/kW·h）计，合计221×24×0.8=4243.2kW·h，则日耗电费为2970.2元，实际水量为900m3/d，折合吨水费用3.30元。

2）药剂费。

药剂费详见表5。

3）人工费。

采用3班制，每班2人，共6人；人均工资以5000元/月计，则每天人工管理费为1000元，折合吨水处理费为1.11元。

4）污泥处置费。

每天产生含水率75%的脱水污泥600kg，每t污泥处置费3000元，折合吨水处理费为2.00元。

5）运行总费用。

运行总费用=电费+药剂费+人工费+污泥处置费=3.30+1.07+1.11+2.00=7.48元/m3。

3、结论

1）阴极废水经混凝沉淀去除重金属后和阳极废水合并，采用电Fenton-混凝反应-DF-厌氧反应器-AO组合工艺进行处理，出水水质可以达到GB30484—2013表2新建企业水污染物排放限值间接排放标准要求。

2）采用电Fenton-混凝反应-DF-厌氧反应器-AO组合工艺对锂电池生产废水中的污染物有较高的去除率，对Ni2+、CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP和SS的去除率分别达到了89.3%、98.7%、97.6%、94.9%、84.5%、93.6%和98.5%。

3）本项目工程投资共计866万元，其中土建投资435万元，设备投资431万元，运行费用包括电费、药剂费、人工费和污泥处置费，合计为7.48元/m3。