鋰電池具有能量密度高、質(zhì)量輕、體積小、壽命長、性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用到筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機、小型電子器材、航天、機電以及軍事通訊等領(lǐng)域，而且是電動汽車主要的動力來源;得益于近年來全球新能源汽車市場迅猛發(fā)展以及國家對電動汽車行業(yè)的支持，我國鋰電池生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量和規(guī)?？焖僭鲩L，目前已成為全球最大的鋰電池生產(chǎn)國和消費國。與此同時鋰電池生產(chǎn)過程中的廢水如何進(jìn)行處理也受到越來越多的重視。
作為鋰電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展中的一環(huán)，鋰電材料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水問題愈發(fā)凸顯。廢水中所含氟化物、重金屬離子、有機物和高濃度的鹽類等污染物對環(huán)境和人類健康構(gòu)成了極大的風(fēng)險。因此，進(jìn)行有效的廢水處理對鋰電材料企業(yè)來說至關(guān)重要。
1、鋰電池生產(chǎn)廢水主要來源
鋰電池生產(chǎn)廢水主要來源于電池正極和負(fù)極清洗廢水和NMP(N-甲基吡咯烷酮)廢氣處理設(shè)備排污水，廢水成分復(fù)雜，主要污染物有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料(鈷、鎳、錳)、NMP、PVDF(聚偏氟乙烯)、石墨、SBR(丁苯橡膠)、CMC(羧甲基纖維素鈉)等;廢水中懸浮物、COD、總氮、總磷、重金屬等超標(biāo)嚴(yán)重，水質(zhì)呈現(xiàn)黑色或褐色，可生化性較差，是一種典型的高濃度難降解有機廢水。
2、鋰電材料生產(chǎn)廢水的特征分析
1.氟化物的高濃度：鋰電池生產(chǎn)過程中，氟化物主要來自于溶劑和電解液。溶劑中的氟化物主要是有機氟化物，經(jīng)過電解液場致?lián)]發(fā)，進(jìn)入排放廢水，導(dǎo)致廢水中氟化物濃度較高。
2.重金屬離子的存在：鋰電池生產(chǎn)過程中使用的電解液中含有少量的重金屬離子，如鎳、鈷、錳等。這些重金屬離子在電化學(xué)反應(yīng)過程中會溶解出來，進(jìn)入廢水中。
3.有機物的含量較高：鋰電材料生產(chǎn)過程中使用的有機溶劑在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一些有機物，這些有機物對環(huán)境有一定的污染作用。
4.高濃度鹽類：鋰電池生產(chǎn)過程中使用的電解液中含有大量的鹽類，如氯化鋰、硫酸鋰等。這些鹽類在生產(chǎn)過程中會帶入廢水中，導(dǎo)致廢水鹽濃度較高。
3、鋰電池生產(chǎn)廢水預(yù)處理工藝
鑒于鋰電池廢水可對微生物產(chǎn)生抑制作用或毒害作用，直接進(jìn)行生化反應(yīng)會給生化處理單元帶來很高的沖擊負(fù)荷，會使微生物生長停滯甚至死亡，對整個生化系統(tǒng)造成不可逆的破壞，需要對其進(jìn)行預(yù)處理，提高廢水的可生化性后再進(jìn)行生化處理。
1)混凝沉淀法：混凝沉淀法是污水處理預(yù)處理工藝中的一種常用方法，也在鋰電池廢水處理中得到大量應(yīng)用。
(1)在廢水中投加化學(xué)藥劑，調(diào)整廢水pH，可使鋰電池廢水中的重金屬離子生成氫氧化物沉淀，并通過混凝劑和助凝劑的電性中和、吸附架橋、沉淀物的卷掃作用，將膠體脫穩(wěn)，并使細(xì)小沉淀物、懸浮物等聚集成較大顆粒，得以快速沉淀下來與水分離。
(2)混凝沉淀法可有效去除鋰電池廢水中的重金屬離子、磷酸鹽，且對廢水中的無機懸浮物和有機污染物有一定的去除效果。
(3)研究表明，鋰電池廢水經(jīng)混凝沉淀處理后，鈷、鎳、錳離子去除率在96%以上，COD去除率在20%以上。
(4)由于鋰電池正極清洗廢水中含有一定的正極材料，具有較高的回收價值，因此也有研究者將正極、負(fù)極清洗廢水分別收集，并各自或先后進(jìn)行預(yù)處理。
(5)正極清洗廢水經(jīng)混凝沉淀后，沉淀物可以收集起來交由專業(yè)廠家進(jìn)行正極材料回收或金屬提煉。
2)Fe/C微電解-Fenton法：Fe/C微電解法主要是利用廢舊鐵屑和活性炭組成大量具有高電位差的微小原電池，產(chǎn)生具有較高化學(xué)活性的物質(zhì)Fe2+和新生態(tài)[H]，將廢水中復(fù)雜結(jié)構(gòu)有機污染物氧化分解。
(1)Fe/C微電解去除廢水中污染物的過程中主要包括氧化還原作用、電化學(xué)富集作用、物理吸附作用、絮凝沉淀作用、氣浮作用及電子傳遞作用等。
(2)Fe/C微電解法具有以廢治廢、操作簡單、處理效果較好等特點。
3)Fenton氧化法的原理：是Fe2+在酸性條件下和H2O2反應(yīng)生成羥基自由基，具有強氧化能力，可與難降解有機物反應(yīng)使之降解。Fenton氧化法具有反應(yīng)速率快、氧化能力強、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。
通過實驗得出在鐵碳質(zhì)量比為3:1，pH值為3，鐵屑投加量為150g/L，反應(yīng)時間為60min時，F(xiàn)e/C微電解處理鋰電池陰極生產(chǎn)廢水效果最佳，COD去除率達(dá)到47%，cr廢水可生化性質(zhì)指標(biāo)B/C由0.11上升至0.23;cr采用Fenton氧化繼續(xù)進(jìn)行處理，在pH=3、H2O2濃度為1ml/L、反應(yīng)時間為60min時，可取得最佳的處理效果，COD去除率約50%，B/C比由0.23上升至0.45。
4)電絮凝法：電絮凝法是在直流電源或者脈沖電源的作用下，陽極(電極材料為金屬)溶解生成金屬陽離子，再經(jīng)過一系列的水解、聚合及氧化等多種作用，生成對應(yīng)的羥基絡(luò)合物和氫氧化物等，可作為混凝劑通過混凝沉淀作用將廢水中的有機污染物和懸浮物去除;同時，陰極產(chǎn)生的氫氣形成微小氣泡也可吸附在絮體表面，使絮體上升至液面形成泡沫和浮渣，經(jīng)刮板刮除，最終實現(xiàn)污染物與水的分離，達(dá)到去除污染物的目的。
(1)電絮凝法無需投加藥劑，對水質(zhì)水量的沖擊適應(yīng)性強，且設(shè)備體積小，操作簡單，便于運行維護(hù)，廣泛應(yīng)用于各種廢水的處理。
(2)研究指出，使用電絮凝法處理鋰電池生產(chǎn)廢水的最佳工藝條件為：初始pH為7、電流密度14mA/cm、電絮凝時間50min、極板間距2cm;在此條件下CODcr2的去除率可達(dá)72.6%，SS的去除率可達(dá)到80.1%。
5)活性炭吸附法：吸附是指溶液中的物質(zhì)由一相向某種適宜的另一相的界面上積累(富集)的過程。
(1)活性炭具有巨大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，且其表面有一定的極性，因此在廢水處理中常使用活性炭的吸附作用來去除廢水中的污染物質(zhì)。
(2)通過實驗研究得出，使用活性炭吸附處理鋰電池廢水的最佳條件為：原水pH為3~5，活性炭投加量為10 g/L，吸附時間60 min;此時COD去除率為69.5%，處理后廢水可生化性為0.25。
2、生物處理工藝
1)廢水的生物處理是利用微生物分解氧化有機物的功能，采取一定的人工措施提高其分解氧化有機物效率的方法。
2)生物處理分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。
(1)前者的進(jìn)行需要有氧的供應(yīng)，而后者則需保證無氧的環(huán)境。
(2)好氧生物處理的優(yōu)點是反應(yīng)速度快、廢水停留時間較短、對能降解有機物分解完全等。
(3)好氧生物處理的缺點是對難降解有機物去除率低。而厭氧生物處理則能夠?qū)?fù)雜的大分子轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，提高廢水的可生化性，但存在廢水停留時間較長的缺點。
(4)研究者們一般將預(yù)處理后的鋰電池廢水與一部分生活污水調(diào)質(zhì)后一同進(jìn)行生物處理，可有效提升鋰電池廢水的整體處理效果。
(5)生物處理多采用厭氧生物處理單元和好氧生物處理單元組合工藝，在有效凈化廢水中有機物的同時，也可通過污泥回流和混合液回流實現(xiàn)生物脫氮。
3、深度處理工藝：鋰電池廢水經(jīng)預(yù)處理和生物處理后，能夠達(dá)到《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB30484—2013)表2中鋰離子/鋰電池間接排放標(biāo)準(zhǔn);而若想將鋰電池廢水進(jìn)行回用，或有更高的排放要求，則需對廢水進(jìn)行深度處理。
1)采用超濾+兩級反滲透+紫外殺菌工藝，對預(yù)處理和生物處理后的鋰電池廢水繼續(xù)進(jìn)行深度處理，回用水水質(zhì)滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水標(biāo)準(zhǔn)的要求，回用于冷卻塔補水;排放水質(zhì)滿足《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 30484—2013)表3鋰離子/鋰電池直接排放的特別排放限值和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅳ類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值要求;二級RO濃水通過MVR裝置進(jìn)行蒸發(fā)，轉(zhuǎn)換成結(jié)晶鹽后進(jìn)行固廢轉(zhuǎn)移。
2)使用類似的深度處理工藝，即微濾+反滲透，并增加一個離子交換工藝對鋰離子進(jìn)一步處理，處理后的水回用于工廠純水補水，RO濃水和離子交換再生廢水蒸發(fā)濃縮為干燥鹽后委托有資質(zhì)的處理單位處置，實現(xiàn)了鋰電池廢水的“零排放”。
4、幾種鋰電材料生產(chǎn)廢水處理技術(shù)探析
1.生物處理技術(shù)：生物處理技術(shù)是一種比較常見的廢水處理技術(shù)，通過利用微生物降解有機物來達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在鋰電材料生產(chǎn)廢水處理中，可以通過引入適宜的微生物，如硝化細(xì)菌和硫化細(xì)菌，降解有機物和氮、硫源物質(zhì)，達(dá)到減少污染物濃度的目的。生物處理技術(shù)具有操作簡單、投資成本低的特點，但對一些高濃度有機物和重金屬離子的處理效果較差。
2.化學(xué)處理技術(shù)：化學(xué)處理技術(shù)是通過化學(xué)反應(yīng)將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)。在鋰電材料生產(chǎn)廢水處理中，可以利用化學(xué)草酸法、沉淀法、絡(luò)合物法等化學(xué)處理技術(shù)，將廢水中的重金屬離子、氟化物等物質(zhì)沉淀下來。然后通過沉淀物的處理處置，達(dá)到廢水凈化和資源回收的目的?；瘜W(xué)處理技術(shù)適用于處理高濃度污染物，但操作復(fù)雜，需要配備酸堿等大量的化學(xué)藥劑，對環(huán)境有一定的影響。
3.高級氧化技術(shù)：高級氧化技術(shù)是一種通過氧化反應(yīng)將廢水中的有機物降解為無害物質(zhì)的處理技術(shù)。鋰電材料生產(chǎn)廢水中存在的有機物可以通過臭氧氧化、光催化氧化、超聲波氧化等高級氧化技術(shù)進(jìn)行處理。這些技術(shù)可以在較短時間內(nèi)將廢水中的有機物降解為CO2和H2O等無害物質(zhì)。但高級氧化技術(shù)需要復(fù)雜的設(shè)備和能源支持，投資成本較高。
4.膜分離技術(shù)：膜分離技術(shù)是一種通過膜的選擇性透過性將廢水中的污染物分離出來的技術(shù)。在鋰電材料生產(chǎn)廢水處理中，可以利用膜分離技術(shù)將廢水中的鹽類和重金屬離子分離出來，達(dá)到廢水凈化和資源回收的目的。膜分離技術(shù)具有操作簡便、處理效果可控的特點，但對膜的選擇和維護(hù)要求較高。
5、綜合技術(shù)的應(yīng)用：針對鋰電材料生產(chǎn)廢水的特點和處理技術(shù)的局限性，一種綜合技術(shù)的應(yīng)用成為可能;可以結(jié)合生物處理技術(shù)和化學(xué)處理技術(shù)，通過預(yù)處理、生化分離、化學(xué)草酸法沉淀等工藝流程，將廢水中的有機物和重金屬離子逐步分離和降解;然后再利用高級氧化技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，將廢水中的有機物完全氧化;最后通過膜分離技術(shù)將廢水中的鹽類和重金屬離子分離出來，實現(xiàn)廢水的凈化和資源回收;綜合技術(shù)的應(yīng)用可以充分利用各種處理技術(shù)的優(yōu)勢，降低處理成本，實現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放和資源的回收利用，但在應(yīng)用過程中，需要建立完善的廢水處理系統(tǒng)，嚴(yán)格控制各個環(huán)節(jié)的操作參數(shù)，以確保處理效果和工藝的穩(wěn)定性。
1)綜合技術(shù)的應(yīng)用可以充分利用各種處理技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)廢水凈化、和資源回收。一種綜合技術(shù)的應(yīng)用方案可以包括以下幾個步驟：
(1)預(yù)處理：廢水中經(jīng)常存在固體顆粒物和浮物，需要通過預(yù)處理步驟去除。預(yù)處理可以采用物理方法，如格柵過濾和沉淀等。
(2)生化分離：生物處理技術(shù)具有對有機物去除效果好的特點，但對重金屬離子處理能力較弱;因此采用生化分離可以將廢水中的有機物和重金屬離子分離開，生化分離采用活性污泥法、厭氧消化等方法。
(3)化學(xué)草酸法沉淀：化學(xué)處理技術(shù)對重金屬離子具有較好的去除效果?？梢圆捎没瘜W(xué)草酸法將重金屬離子沉淀下來。草酸能夠與重金屬形成不溶性鹽類沉淀，從而達(dá)到去除重金屬離子的目的
(4)高級氧化技術(shù)：高級氧化技術(shù)可以將廢水中的有機物進(jìn)行完全氧化;常用的高級氧化技術(shù)包括臭氧氧化、過氧化氫氧化等;通過高級氧化技術(shù)的應(yīng)用，可進(jìn)一步降解廢水中的有機物，提高廢水的水質(zhì)。
(5)膜分離技術(shù)：膜分離技術(shù)可以將廢水中的鹽類和重金屬離子分離出來，實現(xiàn)廢水的凈化和資源回收，膜分離技術(shù)包括超濾、反滲透等方法。
2)綜合技術(shù)的應(yīng)用可以充分發(fā)揮各個處理技術(shù)的優(yōu)勢，降低處理成本，實現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放和資源的回收利用;通過生物處理、化學(xué)處理、高級氧化和膜分離等工藝流程相結(jié)合，可以逐步分離和降解廢水中的有機物和重金屬離子，實現(xiàn)廢水的凈化和資源回收。
(1)在應(yīng)用綜合技術(shù)的過程中，也存在一些局限性。首先，綜合技術(shù)的應(yīng)用需要建立完善的廢水處理系統(tǒng)，包括設(shè)備和管道等。這需要一定的投資和維護(hù)成本，增加了廢水處理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。此外，由于廢水中的污染物種類繁多，需要控制多個處理環(huán)節(jié)的操作參數(shù)，確保處理效果和工藝的穩(wěn)定性。這對操作人員的技術(shù)要求較高，也增加了處理的難度。
(2)綜合技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)廢水的凈化和資源回收;通過充分利用各種處理技術(shù)的優(yōu)勢，綜合技術(shù)可以降低處理成本，達(dá)到廢水排放和資源回收的要求。然而，在應(yīng)用過程中需要充分考慮技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保廢水處理的效果和工藝的穩(wěn)定性。只有通過科學(xué)、可持續(xù)的廢水處理，我們才能實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
(3)綜合技術(shù)的應(yīng)用在鋰電材料生產(chǎn)廢水處理中具有重要的意義;通過綜合運用生物處理、化學(xué)處理、高級氧化和膜分離等多種技術(shù)手段，可以有效地分離和降解廢水中的有機物和重金屬離子，實現(xiàn)廢水的凈化和資源回收。然而，在應(yīng)用綜合技術(shù)的過程中，也面臨一些挑戰(zhàn)和限制。
(4)綜合技術(shù)的應(yīng)用需要建立完善的廢水處理系統(tǒng)，包括設(shè)備和管道等;這需要一定的投資和維護(hù)成本，增加了廢水處理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。特別是在鋰電材料生產(chǎn)中，廢水中含有大量的重金屬離子，對處理設(shè)備和管道的耐腐蝕性要求較高，這增加了工程建設(shè)的復(fù)雜性和成本。因此，在應(yīng)用綜合技術(shù)時，需要充分考慮經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)實際情況進(jìn)行合理的技術(shù)選擇和優(yōu)化;其次，由于廢水中的污染物種類繁多，綜合技術(shù)需要控制多個處理環(huán)節(jié)的操作參數(shù)，確保處理效果和工藝的穩(wěn)定性。這對操作人員的技術(shù)要求較高，需要具備綜合的水處理知識和實踐經(jīng)驗。此外，廢水處理過程中還需要進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控，及時調(diào)整處理參數(shù)以應(yīng)對廢水質(zhì)量的波動，確保處理效果穩(wěn)定;因此綜合技術(shù)的應(yīng)用需要配備專業(yè)的操作人員，并進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)和管理;另外，綜合技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)廢水的實際情況和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計和優(yōu)化。不同的廢水特性和排放要求可能需要采用不同的處理工藝和技術(shù)參數(shù)。例如，在鋰電材料生產(chǎn)廢水中，重金屬離子的濃度和種類差異較大，處理方法和技術(shù)參數(shù)需要根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整。因此，在綜合技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要充分考慮技術(shù)的可行性和適用性，并與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)相匹配，確保廢水處理的效果和工藝的穩(wěn)定性。
(5)綜合技術(shù)的應(yīng)用可以有效地實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)廢水的凈化和資源回收;通過充分利用各種處理技術(shù)的優(yōu)勢，綜合技術(shù)可以降低處理成本，達(dá)到廢水排放和資源回收的要求。例如，生物處理可以有效降解有機物，化學(xué)處理可以沉淀和去除重金屬離子，高級氧化可以降解難降解的有機物，膜分離可以分離出重金屬離子和其他溶質(zhì)。綜合運用這些技術(shù)手段，可以將廢水中的污染物去除或轉(zhuǎn)化為可回收利用的資源，實現(xiàn)廢水的凈化和資源的回收利用;然而，在應(yīng)用過程中需要充分考慮技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保廢水處理的效果和工藝的穩(wěn)定性。只有通過科學(xué)、可持續(xù)的廢水處理，我們才能實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綠色可持續(xù)發(fā)展。因此，在綜合技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要進(jìn)行充分的前期調(diào)研和技術(shù)評估，確定適用的處理工藝和技術(shù)參數(shù)。同時還需要進(jìn)行監(jiān)測和評價，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保廢水處理的效果符合要求。
3)綜合技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)廢水的凈化和資源回收。
(1)通過充分利用各種處理技術(shù)的優(yōu)勢，綜合技術(shù)可以降低處理成本，達(dá)到廢水排放和資源回收的要求。
(2)在應(yīng)用過程中需要充分考慮技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保廢水處理的效果和工藝的穩(wěn)定性。
(3)只有通過科學(xué)、可持續(xù)的廢水處理，我們才能實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綠色可持續(xù)發(fā)展;隨著鋰電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鋰電材料生產(chǎn)廢水的處理問題越發(fā)凸顯。
(4)針對鋰電材料生產(chǎn)廢水的特點和污染物種類的復(fù)雜性，需要采取適當(dāng)?shù)膹U水處理技術(shù)。
(5)綜合技術(shù)的應(yīng)用可以將多種處理技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，達(dá)到廢水凈化和資源回收的目的;然而在應(yīng)用過程中需要充分考慮技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保廢水處理的效果和工藝的穩(wěn)定性。只有通過科學(xué)、可持續(xù)的廢水處理，我們才能實現(xiàn)鋰電材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
綜上所述，鋰電材料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水問題對環(huán)境和人類健康構(gòu)成了極大的風(fēng)險。鋰電材料企業(yè)需要重視廢水處理工作，采取有效的技術(shù)措施，降低廢水中氟化物、重金屬離子、有機物和鹽類的濃度，以保護(hù)環(huán)境和人類健康。只有做好廢水處理，才能使鋰電池產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，并為社會帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
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