污水处理工艺选择：考虑多因素，应对宁德时代新能源生产废水挑战

污水处理工艺选择：考虑多因素，应对宁德时代新能源生产废水挑战

1、污水处理工艺的选择

污水处理技术的选择应综合考虑基建投资、运行管理费用、出水水质要求、再生水水质要求、运行管理难度、占地面积大小等多种因素。

生产废水主要来源于阴极废水和阳极废水；生产废水中含有一些可回收的原料、悬浮物、有机物和氨氮，有机物浓度较高，虽然无毒，但容易腐败，排入水体会消耗大量的溶解氧，对水环境造成严重的危害。

生产废水分为阴极废水和阳极废水，阴极废水中主要污染物为钴酸锂、导电碳、PVDF钴酸锂、导电碳、PVDF聚氟乙烯、CMC羧甲基纤维素钠、NMP溶剂、铝箔等；阳极废水中主要污染物为石墨、导电碳、SBR聚苯乙烯橡胶、去离子水溶剂、铜箔等。针对废水特点，设计采用分类收集、分类预处理、集中生化处理的思路。处理中主要难点有：

①阴极废水中含有钴、镍、锰等重金属，工程设计时需单独考虑上述重金属离子的去除。

②阴极废水有机物浓度高，可生化性差，含有不易好氧生物降解的大分子有机物，属高浓度、难生物降解有机废水，在预处理过程中必须采取相应的强化处理措施，提高其可生化性。

③由于综合废水的可生化性一般较高，因此需要慎重选择生物处理工艺，特别是厌氧处理工艺。

④由于废水中总氮含量较高，生物处理工艺在去除COD的同时需同时考虑去除氨氮和总氮。

⑤由于阴极污泥中含有钴、镍、锰等重金属，因此阴极污泥脱水工艺需单独处理，并尽可能考虑污泥减量化问题。

2. 钴、镍、锰离子处理工艺选择

由于本项目废水中钴、镍、锰离子浓度较低，但均属于重金属污染物，且能与OH-反应生成不溶于水的沉淀物，根据《重金属废水化学处理设计规范》：97，上述重金属废水氢氧化物沉淀分离最佳pH为9-12。基于以上化学特点，本设计针对阴极废水采用氢氧化物化学沉淀分离法，操作简单，运行成本低。

现有的ATL、CATL污水处理厂重金属污染物的去除均采用化学沉淀分离工艺进行。

根据现有环保部门的要求及相关规定，含有重金属的阴极废水必须经混凝沉淀达标后才能进入下一道工序处理。因此本项目设计在阴极沉淀池后设置中间水池，暂时储存阴极混凝沉淀出水，经重金属监测合格后再进入下一道工序处理。若重金属监测不合格，则中间水池中的废水排入事故池或阴极调节池进一步处理。

3.阴极废水预处理工艺选择

根据以往项目的运行经验，阳极废水经混凝沉淀后COD去除率高达60%，因此阳极废水只需进行混凝沉淀即可达到预处理要求。而阴极废水经混凝沉淀后效果不佳，且阴极废水COD较高，废水成分较为复杂，处理难度较大。因此阴极废水设计采用氧化工艺。

氧化是指利用强氧化剂对废水中的有机污染物进行氧化，或将有机污染物直接氧化成二氧化碳和水，或将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，从而提高废水的可生化性，利于后续的生化处理。该过程可以有效去除有机污染物，并且在降解COD的过程中，还可以打断有机分子中的双键发色团，达到脱色的目的，同时有效提高BOD/COD值，使其易于生物降解。这样，氧化技术在高浓度、可生化性差的废水中，起到了常规物理化学预处理与生化处理之间的桥梁作用。

反应机理如下：

废水、二价铁离子Fe2+、H2O2和空气的混合液在氧化装置中发生反应，生成具有强氧化能力的活性基团——OH自由基。这些自由基可以激发有机分子中的活性氢，生成R自由基或羟基取代中间体，成为进一步的氧化剂，使中间体开环裂解，大分子变成小分子，进一步氧化为CO2和H2O。从而达到了降解废水中有机污染物、提高废水可生化性的目的。同时，空气中的氧参与反应，生成更多的活性基团——OH自由基，可大大提高氧化效率，减少氧化剂的用量，从而降低项目的运行成本。

根据同类废水的工程经验，氧化工艺处理阴极废水具有以下特点：

a.阴极废水经氧化工艺处理后，平均COD去除率可达35%以上，B/C比可提高到0.35以上，废水的可生化性大大提高。

b.阴极废水经处理后COD仍在/l以上，仍需进一步生化处理。

c.氧化法处理工艺简单，操作方便，反应时间短，处理效果好，经济合理。

4 综合废水生化处理工艺的选择

本项目废水有机物浓度较高，经阴阳极预处理后的混合废水COD浓度仍在/L左右，仍为高浓度有机废水。但经过预处理后废水的可生化性大大提高，可采用生化处理工艺进一步降解。目前针对高浓度有机废水的生化处理工艺主要以厌氧-好氧处理工艺系统为主，该法处理工艺成熟，对污水中有机污染物去除率高，能耗低。

4.1好氧生物处理工艺的选择

由于本项目出水水质需达到《电池工业污染物排放标准》（-2013）新建企业表2中的间接排放标准，需采用厌氧+好氧生物处理工艺。由于出水氨氮要求小于30mg/l，总氮要求小于40mg/l，需采用好氧处理工艺在去除COD的同时，还需具备硝化、反硝化功能。目前最适合本项目的成熟生物脱氮工艺为厌氧-缺氧-好氧（A2O）工艺。

A2O法又称AAO法，是英文单词“Oxic”（厌氧-缺氧-好氧法）首字母的缩写，是一种常用的污水处理工艺，可用于二级或三级污水处理及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。

第一厌氧池流入原污水和二沉池返回的含磷污泥，此池主要作用是释放磷，使污水中P浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收，污水中BOD5浓度降低，另外由于细胞的合成，部分NH3-N被去除，使污水中NH3-N浓度降低，但NO3-N含量不变。

在缺氧池中，反硝化细菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-N和NO2-N还原为N2并释放到空气中，因此BOD5浓度降低，NO3-N浓度下降明显，而磷的变化很小。

在好氧池中，有机物被微生物进行生化降解，不断减少；有机氮被氨化后又被硝化，使NH3-N浓度大幅下降，但随着硝化过程使NO3-N浓度升高，P也因被多聚磷酸盐细菌过度吸收而以更快的速度减少。

A2O工艺可同时完成有机物的去除、硝化反硝化、去除过量进磷，反硝化的前提是NO3-N要完全硝化，好氧池可完成该功能，缺氧池完成反硝化功能，厌氧池和好氧池共同完成除磷功能。

A2O工艺特点：

a.缺氧与好氧两种不同环境条件、不同类型的微生物菌群的有机结合，可以同时起到去除有机物和反硝化的作用。

b.在同时反硝化和去除有机物的工艺中，该工艺流程最简单，总水力停留时间也比同类工艺短。

c.在缺氧、好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般在100以下，不会发生污泥膨胀。

d.缺氧池只需轻轻搅拌，使之混合，不增加溶解氧。

4.2 MBR工艺

MBR技术与传统污水生物处理工艺相比，具有出水水质好、设备占地面积小、活性污泥浓度高、剩余污泥产量低、易于自动化控制等优点，该技术在污水回用、难降解有机废水处理领域崭露头角，并在实际项目中得到成功应用。

MBR与传统工艺相比，有以下明显优势：1）能高效分离固液，分离效果远优于传统沉淀池，出水水质好，出水悬浮物、浊度接近于零。2）膜的高效截留作用，将微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）与泥龄（SRT）的完全分离，操作更加灵活、稳定。3）反应器内微生物浓度高，耐冲击负荷。4）膜生物反应器有利于慢生微生物的截留、生长和繁殖，从而提高硝化效率，通过改变运行方式，还可兼具反硝化、除磷功能。5）泥龄可随意控制。 膜分离使污水中大分子难降解组分在有限容积的生物反应器内有充足的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效果。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄条件下运行，可实现基本不排放剩余污泥。6）系统采用可编程逻辑控制器（PLC）控制，可实现全自动化控制。7）占地面积小，工艺设备集中化。

一般情况下，MBR的基本结构包括进水系统、生物反应器、膜组件、自动控制系统四个环节。由于各环节的多样性，MBR有不同的分类。根据膜组件与生物反应器的相对位置，MBR可分为一体式膜生物反应器（又称浸没式）和分体式膜生物反应器两种。分体式膜生物反应器通过料液循环错流进行运行，其特点是操作管理方便，清洗、更换和添加​​膜方便。但为了减少污染物在膜表面的沉积，循环泵提供的料液流量很大，因此耗电量较高。一体式MBR又称浸没式MBR，是最简单的组合，将膜组件直接置于生物反应器内，通过真空泵或其他类型泵抽吸，获得滤液。为减少膜表面污染，延长运行周期，一般泵抽吸为间歇式。 一体式MBR利用曝气时气液向上的剪切力，实现膜面的错流效果。在一体式膜组件附近还有叶轮搅拌、膜组件旋转，实现膜面的错流效果。与分体式相比，一体式最大的特点就是运行能耗低。

根据膜的类型可分为平板型MBR和中空纤维型MBR，平板型膜与二者相比具有以下明显优势：

（1）抗污染性能更佳

与中空纤维膜生物反应器相比，平板膜生物反应器在较高的活性污泥浓度下仍能维持高通量和稳定运行。在实际使用过程中，虽然预处理设施中会有格栅、毛发去除器等设备，但难免会有一些毛发等物体进入好氧池，这些细丝会缠绕在膜丝上，当污泥浓度达到一定程度时就会出现淤泥，导致越来越多的膜丝缠绕在一起，大大降低了中空纤维丝的有效膜面积，造成膜通量急剧下降，而此类问题很难修复，通常只能更换。平板膜生物反应器适用的活性污泥浓度（MLSS）范围为10000-15000/L，远高于中空纤维膜生物反应器（约15000/L）。平板膜的特殊结构可以实现膜片间间隙可控，便于气液混流在线清洗膜面，抗污染性能优良。 另外，平板膜生物反应器可以通过调节组件底部曝气强度，通过气水混合气对膜表面的冲洗作用，有效去除膜表面附着物。即使由于某些未知因素导致膜表面出现淤积，也可以通过低压水枪冲洗将膜清除掉，使膜能够长期有效运行。但用这种方法清洗中空纤维是不可能的。

（2）机械稳定性好，不断线

在实际使用过程中，中空纤维膜组件不可避免地会出现断裂的情况，这包括两个方面的原因。一是由于纺丝工艺缺陷导致的壁厚不均，当然这种情况很少发生，通过购买优质的产品可以进一步避免。二是由于纺丝材料疲劳而导致的根部断裂。我们知道，由于曝气的作用，中空纤维在工作状态下始终处于大幅度的振动现象，长此以往就会在其根部造成材料疲劳。这种材料疲劳导致的断裂一旦发生，往往是大规模的，对膜生物反应器来说是致命的，使出水水质变差。而平板膜的材料强度比中空纤维高得多，根本不会出现类似的现象，可以充分保证优质的出水水质。

（3）清洗方式更加方便，清洗周期更长。

平板膜生物反应器通过控制组件底部曝气系统的曝气量，可以对膜进行有效的水力冲洗，控制运行过程中膜表面的污染。平板膜组件的化学清洗（在线清洗）也较为简单，只需要将配制好的试剂从吸液口重新注入膜内，浸泡一段时间即可，而不像中空纤维膜组件那样需要经常将膜组件取出进行反冲洗。同时，与中空纤维膜生物反应器相比，平板膜生物反应器的清洗周期较长，可达3个月以上，如果工作压力始终处于较低状态，甚至可以进行清洗。平板膜组件还可以通过物理清洗的方式恢复膜通量，这对于中空纤维膜来说几乎是不可能实现的。

（4）使用寿命长，运行成本低。

据不完全统计，目前市场上中空纤维膜的平均寿命在2年左右，也就是说每2年就有较高的膜更换率。而市场上平板膜的平均寿命在5-7年，不需要频繁更换膜，相对而言运行成本大大降低，并且保证了良好的运行工况。平板膜具有强度高的支撑体，膜损坏率低，更换率低；同时平板膜可以逐片更换，更换成本相对较低。

（5）隔膜更换过程简单

由于平板膜组件的独特设计，当膜损坏时，可以单独更换膜，无需更换支架。但如果中间膜的断纤数量达到一定程度，将导致整个组件报废，需要更换整个膜组件，这将大大增加成本。

综上所述，本项目设计采用阴极废水和阳极废水分开收集的方式，在车间经过三级沉淀预处理后排入污水处理站。阴极废水采用“氧化+混凝沉淀”预处理工艺，阴极废水首先进入工艺，提高阴极废水的可生化性，去除部分有机污染物。然后控制阴极废水pH为10左右，通过混凝沉淀去除钴、镍、锰等重金属离子。阴极废水经预处理后，流至重金属排放口进行在线检测后，流至阴极中间水箱，重金属达标后泵入预酸化调节池，重金属不达标则泵回阴极调节池。阳极废水经“混凝沉淀”工艺预处理后，也流入预酸化调节池。 废水经预酸化调节池收集后，采用“A2O+MBR”工艺处理，出水水质满足《电池工业污染物排放标准》（-2013）表2新建企业水污染物排放限值间接排放标准的要求。