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，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：40t/d），設計廢水進水水質指標如表1和表2所示。
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=3600mg/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，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。即NO2--N和NO3--N還原成N2的過程，稱為反硝化反應。
具體的原理如圖2所示。
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如下表3。
出水指標滿足《電池工業污染物排放標準》表2中直接排放標準的要求。
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。（來源：福州宇澄環保工程設計有限公司）
