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摘要:鋰電行業(yè)廢水工藝選型,采用“混凝沉淀+UASB厭氧反應(yīng)池+A/0池+二次沉淀”處理工藝,出水水質(zhì)達(dá)到《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484—2013)表2新建企業(yè)水污染物排放限值中間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求,生產(chǎn)運(yùn)行成本僅1.7元/噸水。該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行三年,相比園區(qū)內(nèi)其他類似工廠的廢水處理站,其機(jī)械自動(dòng)化化程度更高,工藝經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。
關(guān)鍵詞:鋰電行業(yè);陰陽極廢水;NMP;達(dá)標(biāo)排放
引言
在日新月異的現(xiàn)代進(jìn)程發(fā)展中,目前鋰電池的廣泛應(yīng)用于手機(jī)電池,平板等消費(fèi)類產(chǎn)品,同時(shí)也在電動(dòng)汽車行業(yè)騰飛發(fā)展。鋰電池作為一種清潔能源,但在生產(chǎn)鋰電池的工藝工序中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的工業(yè)廢水,其鋰電池工廠生產(chǎn)廢水主要分為陰極廢水及陽極廢水,廢水主要污染物質(zhì)有三元材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、炭粉、NMP溶劑、去離子水溶劑。生產(chǎn)廢水的特點(diǎn)是:①陰極廢水和陽極廢水性質(zhì)不同,需分別收集進(jìn)行預(yù)處理;②陰極廢水中含有回收價(jià)值頗高的原材料,單獨(dú)處理后可在回收提純;③陰極廢水中含有重金屬鈷、鎳、錳,工程設(shè)計(jì)時(shí)需單獨(dú)考慮以上重金屬離子的去除;④陰極廢水和陽極廢水有機(jī)物濃度高,廢水可生化降解性一般,且廢水中含有不易好氧生化降解的大分子有機(jī)物,屬高濃度難生化的有機(jī)廢水。需與生活污水進(jìn)行混凝均質(zhì)。下文就實(shí)際運(yùn)行的一座鋰電池污水處理站進(jìn)行分析研究討論。
1水量、水質(zhì)
1.1運(yùn)行規(guī)模
生產(chǎn)廢水總量275T/d,其中陰極廢水150m3/d,陽極廢水75m3/d;生活污水50m3/d;
1.2進(jìn)水水質(zhì)相關(guān)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表1。
1.3出水水質(zhì)
出水滿足《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484—2013)表2新建企業(yè)水污染物排放限值中間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求,其各項(xiàng)指標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)如表2。
2處理工藝
擬采用陰極廢水、陽極廢水分別收集,經(jīng)車間三級(jí)沉淀預(yù)處理后排入污水處理站調(diào)節(jié)池,陰極&陽極廢水通過泵抽入混凝沉淀池,通過不同的工藝參數(shù)控制,去除部分污染物,處理后的出水流入預(yù)酸化調(diào)節(jié)池。與廠區(qū)車間排放的生活污水在預(yù)酸化調(diào)節(jié)池內(nèi)匯集后采用“UASB厭氧反應(yīng)池+A/O池+二次沉淀”工藝進(jìn)入生化處理,最終通過規(guī)范排污口排入市政污水管網(wǎng)。該鋰電工業(yè)廢水站的出水水質(zhì)達(dá)到《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484—2013)表2新建企業(yè)水污染物排放限值中間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
3工藝原理分析
3.1混凝沉淀
因陰極廢水中含有鈷、鎳、錳離子濃度低,但均是重金屬污染物,且可與OH-反應(yīng)生成不溶于水的沉淀物,根據(jù)《重金屬污水化學(xué)法處理設(shè)計(jì)規(guī)范》CECS92:97中規(guī)定,以上重金屬廢水氫氧化物沉淀分離的最佳pH為9~12。根據(jù)以上化學(xué)特性,針對陰極廢水采用氫氧化物化學(xué)沉淀分離的方法,的同時(shí)將pH值調(diào)整到9~12。該系統(tǒng)投入運(yùn)行管理中,經(jīng)過長期經(jīng)驗(yàn)摸索得出,將陰極混凝沉淀調(diào)節(jié)至pH=9.5時(shí),通過添加堿式氯化鋁,陽離子PAM進(jìn)行混凝沉淀,COD去除率20%以上,鈷、鎳、錳離子去除率在97%以上,在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)能節(jié)省藥劑投加量;陽極混凝沉淀池將pH控制在7~8,通過投加PAM,PAC的,COD去除率高達(dá)60%以上;重金屬的去除率達(dá)96%以上;
3.2厭氧處理工藝
該鋰電廠工業(yè)廢水的營養(yǎng)源(C:N:P)比例嚴(yán)重不均衡,需要額外添加氮肥和葡萄糖,在系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行后,同步添加生活污水,增加其廢水的可生化性;生活污水與預(yù)處理的陰陽極廢水混合調(diào)節(jié)后,雖然BOD與COD比值大于0.3,可用于生物處理,但其混合廢水有機(jī)物濃度仍然很高,廢水可生化降解性差,直接用好氧處理由于有機(jī)負(fù)荷過高,導(dǎo)致處理效率低,同時(shí)因好氧生化需供給充足的空氣來創(chuàng)造微生物生長、繁殖的有利環(huán)境,能耗大,并產(chǎn)生的污泥量大,造成二次污染量大,故本系統(tǒng)采用厭氧生物處理,其起作用的細(xì)菌為水解細(xì)菌,產(chǎn)酸菌、產(chǎn)甲烷菌,在厭氧條件下,不需要?jiǎng)恿Γ瑢⒂袡C(jī)物大部分降解到適宜于好氧生物降解的水平,同時(shí)產(chǎn)生的甲烷可二次燃燒利用回收。UASB由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器和氣室三部分組成?;旌衔鬯畯膮捬跷勰啻驳撞窟M(jìn)入,與污泥反應(yīng)器中的污泥進(jìn)行混合接觸,被污泥中的厭氧菌消耗分解為有機(jī)物(碳水化合物,沼氣),靠厭氧過程中產(chǎn)生的沼氣上升運(yùn)動(dòng),使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態(tài),對下部的污泥層也有一定程度的攪動(dòng);沼氣不斷聚合上升,從污泥床的上部形成一些氣體附著在污泥顆粒上,隨后沼氣濃度越來越高,并夾帶著部分泥水進(jìn)入氣固液三相分離器。在三相分離其中,沼氣碰到分離器下部的反射板時(shí),折向反射板的四周,然后穿過水層進(jìn)入沼氣收集室,固液混合液經(jīng)過反射進(jìn)入三相分離器沉淀區(qū),污水中的污泥發(fā)生絮凝,顆粒逐漸增大,被沉淀區(qū)分離出來的污泥在重力作用下沉降至厭氧反應(yīng)區(qū)進(jìn)行循環(huán)。該工藝對有機(jī)物濃度去除率可達(dá)50%以上,對總氮也有一定的處理效果;進(jìn)一步降低了進(jìn)入好氧池的有機(jī)負(fù)荷。
3.3好氧處理工藝
經(jīng)厭氧處理后的廢水進(jìn)入好氧池,對污染物進(jìn)一步降解,因出水氨氮要求必須小于30mg/l,總氮要求必須小于40mg/l,故在好氧處理工藝中兼顧去除COD的同時(shí)需具備成熟的生物脫氮工藝,故本次好氧處理選型為A/O(硝化反硝化)工藝。A/O脫氮工藝創(chuàng)造了一個(gè)缺氧和好氧交替變化的生物環(huán)境,使得好氧異養(yǎng)菌,反硝化菌,硝化菌都處于缺氧/好氧交替環(huán)境中,構(gòu)成一個(gè)混凝菌群,能更高效的去除有機(jī)物及脫氮的功能;在缺氧條件下,反硝化菌利用污水中的有機(jī)碳作為電子供體,以硝酸鹽作為電子受體“無氧呼吸”,將回流液中硝態(tài)氮還原成氮?dú)忉尫胖链髿猓瑥亩到饬宋鬯锌偟鞍钡?;在好氧條件下,大量的好氧菌分解有機(jī)物的同時(shí),硝化菌把污水中的氨氮氧化成硝酸鹽;再向缺氧池回流,為脫氮做好必要的準(zhǔn)備;該工藝對有機(jī)物濃度去除率可達(dá)90%以上,對總氮去除率可達(dá)70%以上,對總磷的去除率可達(dá)50%以上。
3.4污泥減量化利用
本項(xiàng)目廢水處理過程中將產(chǎn)生一定量的物化污泥和生化剩余污泥,其中陰陽極污泥中有部分原材料可利用,若不妥善處理和處置,將造成二次污染。為了減少污泥產(chǎn)生量,陰極與陽極混凝沉淀后的污泥脫水需分別排入濃縮池,由氣動(dòng)泵泵入脫水機(jī)進(jìn)行濾處理;根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),本項(xiàng)目實(shí)施后陰極污泥產(chǎn)生量約為150kg/d(污泥含水率約70%),陽極污泥產(chǎn)生量約為600kg/d(污泥含水率約65%),因物化污泥可直接通過箱式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水,其脫水后的污泥送到有資質(zhì)的單位進(jìn)行二次分離提純;而生化部分二次沉淀池剩余污泥、UASB厭氧反應(yīng)池剩余污泥定期排入生化污泥濃縮池濃縮,生化污泥因其污泥活性大,粘稠度高,故推薦生化剩余污泥使用疊螺壓濾機(jī),生化剩余污泥產(chǎn)生量約為:235kg/d(污泥含水率約80%),脫水后的污泥直接外運(yùn)堆肥;
4主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)
(1)陰陽極廢水調(diào)節(jié)池。陰極廢水調(diào)節(jié)池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,有效容積為48m3,尺寸為3.2m×3.4m×5.0m,有效水深4.5m。配置提升泵2臺(tái);電磁流量計(jì)一臺(tái);陽極廢水調(diào)節(jié)池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,有效容積為90m3,尺寸為5.9m×3.4m×5.0m,有效水深4.5m。配置提升泵2臺(tái),電磁流量計(jì)一臺(tái)。(2)陰陽極混凝沉淀池。陽極混凝沉淀池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸為4.6m×2.5m×5.0m,配置液堿、PAC、PAM溶解配制裝置2套,在線pH檢測儀一套,排泥泵2臺(tái);陰極混凝沉淀池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸為3.2m×2.5m×5.0m。配置液堿、PAC、PAM溶解配制裝置2套,在線pH檢測儀一套,排泥泵2臺(tái)。(3)預(yù)酸化調(diào)節(jié)池。預(yù)酸化調(diào)節(jié)池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸:3.1m×9.4m×5.0m,有效水深4.5m。提升泵2臺(tái),液位控制器1套;電磁流量計(jì)1套。(4)UASB池。厭氧反應(yīng)池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,平面尺寸為3.8m×6.6m×8.0m,有效容積:188m3。配置BS-1300型布水系統(tǒng)1套,三相分離器1套,收水堰1套,沼氣收集裝置一套,厭氧循環(huán)泵2臺(tái);(5)A/O(硝化-反硝化)。硝化-反硝化池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸為10.7m×6.6m×5.0m,有效水深4.5m。配置潛水?dāng)嚢杵?臺(tái),旋混曝氣器112套,硝化液回流泵2臺(tái),在線溶氧儀1臺(tái)。(6)二沉池。二沉池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸為2.0m×6.6m×5.0m。配置沉淀池組件1套,排泥泵4臺(tái),收水堰1套。(7)污泥濃縮池。陰極、綜合污泥濃縮池各一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸為1.3m×2.5m×5.0m,有效水深4.5m。陽極污泥濃縮池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸為2.5m×2.5m×5.0m,有效水深4.5m。配置綜合、陰極、陽極污泥進(jìn)料氣動(dòng)隔膜泵4臺(tái),廂式壓濾機(jī)3臺(tái),疊螺壓濾機(jī)1臺(tái),配置陽離子PAM、陰離子PAM溶解配制裝置2套;(8)事故池。事故池一座,砼結(jié)構(gòu),設(shè)置頂部蓋板,尺寸:7.1m×9.4m×5.0m,有效水深4.5m。(9)規(guī)范化排污口。規(guī)范排污口1座,磚混結(jié)構(gòu),尺寸L×B×H=8.3×1.4×1.5m。配置在線檢測設(shè)備一套
5成本分析
該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行三年,相比園區(qū)內(nèi)其他類似工廠的廢水處理站,其機(jī)械自動(dòng)化化程度更高,工藝經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。其直接運(yùn)行成本分析如下:(1)人力成本:該工業(yè)廢水處理站自動(dòng)化程度較高,無全職人員,日常運(yùn)行工作由工廠內(nèi)的機(jī)電部的運(yùn)行人員兼顧,其人力成本預(yù)估120元/天,人力成本為0.44元/噸水;(2)藥劑成本:該鋰電廠污水處理站主要投加藥劑有氫氧化鈉,聚合氯化鋁,堿式氯化鋁,陽離子聚丙烯酰胺;陰離子聚丙烯酰胺;其藥劑運(yùn)行單耗為0.90元/噸水:(3)直接電費(fèi):該鋰電工業(yè)廢水處理站的電氣設(shè)備總裝機(jī)容量為68.48kW;實(shí)際運(yùn)行中日電費(fèi)用量200kWh;其電費(fèi)運(yùn)行單耗0.36元/噸水;(4)直接運(yùn)行成本=人力成本+藥劑成本+直接電費(fèi)=1.7元/噸水。
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作者:陸楊 單位:寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司