锂电池生产废水的治理

范文一：锂电池生产废水的治理

　　【摘要】论信息技术在现代化图书馆发展中的重要性本次设计的目的是对锂电池生产过程中产生的废水进行设计，在传统治理工艺的基础上进行创新，减少劳动强度，保证废水经过处理后长期稳定达标排放。废水水量小，但污染物浓度极高。经过多次试验，最终确定以电解气浮+管式超滤+UASB池+MBR生物膜为主体的治理工艺。

　　【关键词】电解；管式微滤；UASB；MBR

　　生产废水的来源主要是：锂电池阳极生产过程中产生的清洗废水和阴极生产中产生的清洗废水，废水量总量为2m3/h。

　　新的化工原料有钴酸锂、NMP（甲基吡咯烷酮）、碳粉（C）、丙酮等。生产论信息技术在现代化图书馆发展中的重要性成型—成品。

　　1.前期准备

　　1.1 水质测试报告

　　1.2 化验室试验

　　1.2.1 试验方案

　　试验的目的是找出更优的预处理方法，去除色度及大量悬浮物。

　　试验方法采用了混凝法和电解法，混凝法做了两次试验，混凝剂分别为碱铝与硫酸亚铁。混凝剂配制浓度为10%，另以浓度5%的片碱调节PH值，以浓度为0.5%的PAM为助凝剂。通过对不同PH值下混凝剂用量和混凝后的上清液进行检测判断哪一种混凝剂更适用。电解法做了三组试验，通过调节电解装置的电压和电流对废水进行试验，每种试验取最优的试验结果进行汇总，见表2。

　　1.2.2 试验结果

　　实验结果表明，采用混凝+沉淀工艺，有很好的效果，出水清澈，COD和BOD都有很高的去除率，但泥渣量比较大，出水后续处理系统难度仍然很大。

　　采用电解试验机，在电压20V，电流60A的参数下，产渣量少，出水清澈，COD和BOD去除率高。所以确定采用电解作为预处理。

　　2.工艺设计

　　2.1 工艺流程图（如图1）

　　2.2 构建筑物设计

　　2.2.1 调节池

　　2.2.3 管式微滤膜（DMF膜）

　　2.2.4 UASB池

　　UASB也称上流式厌氧污泥床，是一个无填料的空容器，内装一定数量的厌氧污泥，装置最大的特点是在反应器上部设置了一个专用的气——液——固分离系统（简称三相分离器），废水以一定流速自下部进入反应器通过污泥层向上流动。由此，料液与污泥菌体得以充分接触并进行生物降解，由于三相分离器的作用，使混合液中的污泥有沉淀分离与再絮凝的环境，有利于提高污泥的沉淀性能，在一定的水力负荷下，绝大部分污泥粒能保留在反应区内，使反应器具有足够的污泥量。

　　设计UASB容积负荷N=4kgCOD/m2.d，COD去除率为90%。

　　2.2.5 MBR生物膜池

　　4.运行中存在问题

　　4.1调试过程中，每天必须定时定量向废水中投加营养原料，磷肥和尿素。

　　4.2电解设备每天在停止运行后须用清水进行冲洗，把附在电极板上的泥渣冲出，否则会影响电流和电压。

　　5.结论

　　针对本项目采取的设计工艺是切实可行的，在运行过程中，各个系统运行稳定，出水检测数据与设计数据基本一致，最终出水远远低于当地环保部门的要求，达到了预期的设计效果。

　　本项目的成功，解决了小水量、高浓度废水处理难的问题，在传统工艺的基础上进行创新，降低了管理人员劳动强度，保证了水质长期的稳定达标。

　　但本项目也有不足之处，急需解决单位处理费用偏高和一次性投资成本偏高的问题。

　　参考文献：

　　[1] 水污染治理新技术——新工艺、新概念、新理论/王宝贞，王琳主编。——北京：科学出版社，2004。

　　[2] 环境工程计算手册/[美]C.C.Lee主编；金燮，杨风林等译。—北京：中国石化出版社，2003

　　[3] 工业废水处理工程设计与实例/王国华、任鹤云编著。北京：化学工业出版社，2004.10。

　　[4] 废水处理工程/唐受印等编，-2版。—北京：化学工业出版社，2004.2。

　　[5] 高浓度有机废水处理技术与工程应用/王绍文等编著。-北京：冶金工业出版社，2003.7。

　　作者简介：

　　江静杰，1971年出生，女，本科学历，中级工程师；毕业昆明理工大学环境工程专业。

范文二：锂电池生产废水的治理.doc

锂电池生产废水的治理

【关键词】电解;管式微滤;UASB;MBR

生产废水的来源主要是:锂电池阳极生产过程中产生的清洗废水和阴极生产中产生的清洗废水，废水量总量为2m3/h。

新的化工原料有钴酸锂、NMP(甲基吡咯烷酮)、碳粉(C)、丙酮等。生产论信息技术在现代化图书馆发展中的重要性成型—成品。

1.前期准备

1.1 水质测试报告

1.2 化验室试验

1.2.1 试验方案

试验的目的是找出更优的预处理方法，去除色度及大量悬浮物。

试验方法采用了混凝法和电解法，混凝法做了两次试验，混凝剂分别为碱铝与硫酸亚铁。混凝剂配制浓度为10%，另以浓度5%的片碱调节PH值，以浓度为0.5%的PAM为助凝剂。通过对不同PH值下混凝剂用量和混凝后的上清液进行检测判断哪一种混凝剂更适用。电解法做了三组试验，

通过调节电解装置的电压和电流对废水进行试验，每种试验取最优的试验结果进行汇总，见表2。

1.2.2 试验结果

实验结果表明，采用混凝+沉淀工艺，有很好的效果，出水清澈，COD和BOD都有很高的去除率，但泥渣量比较大，出水后续处理系统难度仍然很大。

采用电解试验机，在电压20V，电流60A的参数下，产渣量少，出水清澈，COD和BOD去除率高。所以确定采用电解作为预处理。

2.工艺设计

2.1 工艺流程图(如图1)

2.2 构建筑物设计

2.2.1 调节池

2.2.3 管式微滤膜(DMF膜)

2.2.4 UASB池

UASB也称上流式厌氧污泥床，是一个无填料的空容器，内装一定数量的厌氧污泥，装置最大的特点是在反应器上部设置了一个专用的气——液——固分离系统(简称三相分离器)，废水以一定流速自下部进入反应器通过污泥层向上流动。由此，料液与污泥菌体得以充分接触并进行生物降解，由于三相分离器的作用，使混合液中的污泥有沉淀分离与再絮凝的环境，有利于提高污泥的沉淀性能，在一定的水力负荷下，绝大部分污泥粒能保留在反应区内，使反应器具有足够的污泥量。

设计UASB容积负荷N=4kgCOD/m2.d，COD去除率为90%。

2.2.5 MBR生物膜池

4.运行中存在问题

4.1调试过程中，每天必须定时定量向废水中投加营养原料，磷肥和尿素。

4.2电解设备每天在停止运行后须用清水进行冲洗，把附在电极板上的泥渣冲出，否则会影响电流和电压。

5.结论

本项目的成功，解决了小水量、高浓度废水处理难的问题，在传统工艺的基础上进行创新，降低了管理人员劳动强度，保证了水质长期的稳定达标。

但本项目也有不足之处，急需解决单位处理费用偏高和一次性投资成本偏高的问题。

参考文献:

[1] 水污染治理新技术——新工艺、新概念、新理论/王宝贞，王琳主编。——北京:科学出版社，2004。

[2] 环境工程计算手册/[美]C.C.Lee主编;金燮，杨风林等译。—北京:中国石化出版社，2003

[3] 工业废水处理工程设计与实例/王国华、任鹤云编著。北京:化学工业出版社，2004.10。

[4] 废水处理工程/唐受印等编，-2版。—北京:化学工业出版社，2004.2。

[5] 高浓度有机废水处理技术与工程应用/王绍文等编著。-北京:冶金工业出版社，2003.7。

作者简介:

江静杰，1971年出生，女，本科学历，中级工程师;毕业昆明理工大学环境工程专业。

范文三：锂电池生产废水处理的改进[Word文档]

锂电池生产废水处理的改进

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锂电池生产废水处理的改进

摘要:

锂电生产废水可生化性较差，有机物去除方法，目前主要为物化法，存在运行成本高问题。如将预处理后污水与工厂内的生活污水混合进入AO生化系统，则可大大缩减后期运行成本。出水可达到城市下水道水质标准(CJ3082-1999)及电池工业污染物排放标准(GB30484—2013)。

关键词:

锂电废水;A/O工艺;甲基吡咯烷酮

在日常生活中锂电池越来越广泛的应用。作为一种相对清洁能源,它已经成为一个重要的产品电池工业的发展。在锂电池生产过程中会产生一些清洗废水，主要成份有钴酸锂、NMP(甲基吡咯烷酮)、碳粉及有小分子有机物质酯类等。废水成分复杂、可生化性较差、且有一定毒性。目前处理这类废液主要采用物理化学法,如化学氧化分解、药剂电解、活性炭吸附及反渗透等处理技术[1]。这些方法处理废水相对成本较高，且对操作人员要求较高，出水水质很难保证。我们把经混凝沉淀后的锂电废水与生活污水一起混合调节再进生化系统。由于生活污水可生化性非常好，可以提高废水整体的生化效果。江苏某锂里池生产废水处理采用该工艺，出水水质达到了行业的排放标准，且出水非常稳定。

1设计水量水质

该厂废水来源主要是:锂电池阳极生产过程中产生的清洗废水和阴极生产中产生的清洗废水，主要成份有钴酸锂、NMP(甲基吡咯烷酮)、碳粉等，废水量为30m3/d;生活污水排放为120m3/d。其中锂电废水，排放为间歇性，水质变化波动较大，且废水中含有较高浓度的有机物。废水经处理预处理+

生化处理后出水可达到城市下水道水质标准(CJ3082-1999)及电池工业污染物排放标准(GB30484—2013)，及电池工业污染物排放标准(GB30484—2013)。进出水水质如表1。

2废水处理工艺

处理工艺流程混凝沉淀对锂电废水进行预处理，再与生活污水一起进入厌氧、好氧、MBR处理，处理工艺流程如图1所示。

3主要构筑物及设备参数

3.1锂电废水调节池地下钢砼结构，外型尺寸:2.5×2.0×4.5m，1座，有效水深4.0m，有效容积为20m3，停留时间约16h。内设污水提升泵，Q=1.5m3/h，H,15m，N,0.55kW，2台;穿孔曝气装置1套。

3.2混凝反应池地上钢结构，外型尺寸:0.7×0.7×3.5m，2座，有效水深3.0m，有效容积为1.5m3，停留时间约1h。

3.3斜板沉淀池地上钢结构，外型尺寸:3m×1.4m×3.5m，1座，有效水深3.0m，有效容积为12.6m3，停留时间约8.4h。

3.4综合调节池地下钢砼结构，外型尺寸:

10m×2.5m×4.5m，1座，有效水深4.0m，有效容积为100m3，停留时间约15h。内设污水提升泵，Q=6.5m3/h，H,15m，N,0.75kW，2台;穿孔曝气装置1套。

3.5水解酸化池地下钢砼结构，外型尺寸:

5.3m×2.5m×4.5m，1座，有效水深4.0m，有效容积为53m3，停留时间约8.5h。按进水COD=880mg/L，MLSS为3000mg/L，COD去除率30%计算，NV=0.74kgCOD/m3

#8226;d，Ns=0.25kgCOD/kgMLSS

#8226;d。内设TRB组合填料40m3;潜水推流搅拌机，推力260N，功率1.5kW，2台。

3.6好氧生化池地下钢砼结构，外型尺寸:

7.7m×2.5m×4.5m，1座，有效水深4.0m，有效容积为

77m3，停留时间约11.8h。按进水COD=650mg/L，MLSS为3000mg/L，CODcr去除率70%计算，NV=0.84kgCOD/m3

#8226;d，Ns=0.28kgCOD/kgMLSS

#8226;d。内设TRB组合填料57m3;硅胶微孔曝气器55只，型号HD200，曝气量2.6m3/min。

3.7MBR膜池地下钢砼结构，外型尺寸:

2.0m×2.5m×4.5m，1座，有效水深4.0m，有效容积为20m3，停留时间约3.2h。按进水COD=200mg/L，MLSS为6000mg/L，COD去除率80%计算，NV=1.13kgCOD/m3

#8226;d，Ns=0.18kgCOD/kgMLSS

#8226;d。内设MBR中空纤维膜，设计通量0.5m3/d

#8226;m2，曝气量2.6m3/min;MBR膜抽吸泵，Q=8m3/h，H=25m，N=1.5kW，3台;污泥提升泵(回流)，Q=12m3/h，H=15m，N=1.5kW，2台。

3.8污泥浓缩池地下钢砼结构，外型尺寸:

2.0m×2.5m×4.5m，1座，有效水深4.0m，有效容积为20m3。内设气动隔膜泵，Q=10m3/h，H=70m;板框压滤机，20m2，1台。

4调试效果

经过1个多月的调试运行，表4.1、表4.2是投入菌种调试一个月后的物化和生化系统进水和出水水质情况。物化段，pH控制在8,9，PAC加药量100mg/L，PAM加药量5mg/L，锂电废水混凝沉淀后，COD去除率在30%，出水水质因为进水波动而波动。生化段，由于菌种已经适应污水环境，且工艺采用了MBR代替二沉池，增加了好氧化生池中活性污泥浓度，具有更高的抗冲击能力[2]。MBR出水CODcr基本在60mg/L左右。调试数据如表4.1、表4.2。

5经济效益

该工程总投资约200万元，其中设备及安装投资为160万元，土建投资40万元。之前该企业的另一工厂，锂电废水采用芬顿氧化法+混凝沉淀+活性碳过滤，最终出水CODcr降到

300mg/L，每吨水处理药剂费用约80,100元。现采用锂电废水混凝预处理后与生活污水一起生化处理，CODcr降到60mg/L,锂电废水每吨药剂成本只需0.84元，能耗上基本相同，则每年药剂费用可以节省72万元。6结语针对本项目采取的设计工艺是切实可行的，在运行过程中，各个系统运行稳定，出水达到了预期的设计效果。如果生活污水水量较少情况，可适当延长生化停留时间，特别是水解酸化段。本项目的成功，解决了锂电废水处理后期高昂的运行费用的问题，降低了操作人员劳动强度，保证了水质长期的稳定达标。

参考文献

[1]王文富,曹华锋,朱建水.探讨电动车生产废水处理.科技视界,2014,25期:260-260.

[2]王永健.采用BAS工艺升级改造化妆品废水生化处理系统.中国给水排水,2014,30(18):103-105(

作者:彭金胜赵英武涂凯单位:上海清浥环保科技有限公司

锂电池生产废水处理的改进

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范文四：锂电池新材料生产废水处理工程设计_李莉

科技风２０１６年１１

月上环境科学

ＤＯＩ：１０．１９３９２／ｊ．ｋｉ．１６７１－７３４１．２０１６２１０９７

锂电池新材料生产废水处理工程设计

李

莉

宋海云

南通大恒环境工程有限公司江苏南通２２６００１

摘

要：采用反应、压滤、混凝沉淀、升流式厌氧污泥床、接触氧化组合工艺处理锂电池废水，并进行了废水处理系统工程设计。出水达到《污水

综合排放标准》（ＧＢ８９７８—１９９６）三级排放标准。该工艺可实现对废水中ＳＯ４２－、对难降解、溶解性有机污染物及特征污染物的有效Ｆｅ２＋、ＰＯ４３－去除，去除，满足废水的达标排放。

污染物；达标Ｆｅ２＋、ＰＯ４３－离子；关键词：锂电池废水；ＳＯ４２－、１废水水质水量

江苏某锂电池新材料有限公司主要从事锂离子电池正极材料研发生产，其污水来源主要为生产过程产生的生产废水及地面、设备冲洗水。该公司生产废水经处理后外排至园区污水厂，根据有关要求，废水经处理后外排水质应符合《污水综合排放标准》表１中三级标准。具体设计处理进水考核指标如下表：

表１废水进水水质

Ｔａｂ．１Ｅｆｆｌｕｅｎｔｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｗａｔｅｒ

ｓｃａｌｅ

微生物难降解的大分子有机物转化为易降解的小分子有机物，提高污水的可生化性能，为接触氧化池提供较好的水质条件，提高处理效率。同时厌氧微生物硫化菌能够将前段预处理出水中残留的铁离子、硫酸根离子转化为硫化铁沉淀，进一步降低后继好氧处理的抑制作用。为保证ＵＡＳＢ池处理效果，当进入ＵＡＳＢ池中ＣＯＤｃｒ浓度超过１００００ｍｇ／ｌ时，将ＵＡＳＢ池出水部分回流至集水池进行稀释，ＵＡＳＢ池平均水力停留时间为７２．０ｈ，出水自流进入接触氧化池。

３工艺设计与主要构筑物

ＨＲＴ为１２ｈ。１）调节池，１座，有效水深取３．５ｍ，有效容积５００ｍ３，２）反应池，与调节池合建。反应池分为两格，一个为反应区，一格为混合区，总停留时间选取１．０ｈ。设置机械搅拌，使药剂与污水充分混合，设置溶药与投药系统投加石灰。

２废水特性和处理流程２．１废水特性

根据该公司所提供的废水及前期调研资料可知，该生产废水具有水量大、ＣＯＤｃｒ高，硫酸盐浓度高等特点，因此拟采用物化预处理先去Ｆｅ２＋、ＰＯ４３－，再通过生化处理削减ＣＯＤｃｒ的污水处理工艺。除ＳＯ４２－、

２．１．１生产废水预处理

Ｆｅ２＋、ＰＯ４３－含量高的特性，对水样的反复试根据生产废水中ＳＯ４２－、

验结果，本设计对生产废水进行针对性的预处理，采用以反应＋压滤＋混凝沉淀为主的预处理工艺。

污水首先经过格栅过滤，去除污水中飘浮物，以免堵塞水泵。污水然后在调节池中聚集。

调节池可对污水进行水量的调节和均匀水质，减少对核心处理工艺的冲击，调节池中设置穿孔曝气管进行预曝搅拌。调节池中平均水力停留时间为１２．０ｈ，出水提升至反应池。

反应池可去除废水中的硫酸根、磷酸根、铁离子，降低生化处理的抑制作用。通过投加石灰溶液与上述离子反应形成沉淀，同时利用形成的沉淀物网捕水中一部分呈悬浮状态的污染物，使污染物浓度得以一定程度的降低，降低后继生化处理工艺的负荷。反应池平均停留时间为１．０ｈ，反应池内的泥水混合物经泵提升至压滤机进行泥水分离。

压滤机可进行泥水分离。由于该废水投加石灰后，泥水无法通过自然沉淀得以分离，故采用压滤机强行固液分离，泥渣外运集中处理，滤出水自流进入曝气反应池。

２．１．２综合废水生物处理

经预处理的工业污水和生活污水在集水池中混合，集水池可对生化系统进行配水，使各项水质在进生化系统处理的水质范围之内，以确保生化系统有序有效的运行。混凝沉淀池出水ｐＨ值仍超过了生化处理微生物所能承受的范围，需进行ｐＨ调节，在集水池内设置ｐＨ调节区，加酸调节ｐＨ值在６－９范围内，集水池平均停留时间为２．５ｈ，出水提升至ＵＡＳＢ池。

ＵＡＳＢ池利用厌氧微生物降解废水中大部分有机污染物，并将好氧

３）曝气反应池，１座，钢筋混凝土结构，与调节池合建。曝气反应池曝气反应池总停留时内采用穿孔空气管搅拌，使空气中ＣＯ２参与反应，间为３．０ｈ，设置３台６５ＧＷ２５－１５－２．２型污水提升泵，２用１备。

），沉淀分离时间选／ｍ２．ｈ４）混凝沉淀池，１座，选取表面负荷０．７７ｍ３（取３．０ｈ。沉淀水深取２．４０ｍ，保护高度取０．３ｍ，缓冲区高度取０．８ｍ，污泥区深度取１．５ｍ，沉淀池总深度为５．０ｍ。

５）ＵＡＳＢ反应池，１座，平均停留时间７２．０ｈ，有效容积３０００ｍ３，容积负荷６．７５ｋｇＣＯＤ／（ｍ３．ｄ）。ＵＡＳＢ池出水自流进入接触氧化池。

），沉淀／ｍ２．ｈ６）中沉池，采用竖流式沉淀池。选取表面负荷０．８２ｍ３（分离时间选取３．６ｈ。

７）接触氧化池，１座，平均停留时间３０．０ｈ，有效容积１２６０ｍ３，容积负荷１．３９ｋｇＣＯＤ／（ｍ３．ｄ）。

），／ｍ２．ｈ８）二沉池，１座，采用平流式沉淀池。选取表面负荷０．６５ｍ３（沉淀分离时间选取４．０ｈ。

储泥时间１７ｈ。９）污泥浓缩池，２座，有效容积１４０ｍ３，１０）压滤机房，建１座１２．５×１４．０ｍ压滤机房，彩钢雨棚。

１１）加药系统，包括溶药系统、投药系统与回调ＰＨ系统，溶解固体石灰。

４实际运行效果

本工程在江苏某锂电池新材料有限公司得到顺利实施，该厂废水经过处理后出水符合当地环保部门的相关要求，污水处理站出水ｐＨ６．０－９．０、ＳＳ≤４００ｍｇ／Ｌ。ＣＯＤ≤５００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ５－≤３００ｍｇ／Ｌ、

５运行成本分析

废水处理的运行费用主要包括：电耗、药剂费等。５．１电耗部分

污水处理站装机容量为２３７．８５ｋｗ，运行负荷为１５４．７５ｋｗ，每天耗电３１７８ｋｗ．ｈ。

５．２药剂费

处理每吨水药剂费用：５．４４元／ｍ３废水。

处理每吨水日常运行费用为：７．３４元／ｍ３废水。合计：

·107

范文五：活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水及微波再生实验

活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水及微波再生实验

112111* 张志辉 ,郑天龙 ,王孝强 ,王指刚 ,马宇辉 ,汪群慧 (1.北京科技大学环境工程系,北京 100083;2.华北电力大学可再生能源学院,北京 102206)

摘要:采用活性炭吸附的方法对锂电池产生的含酯废水进行预处理,研究了吸附时间、初始 pH 值和活性炭投加量对废水 COD 去除的影响.吸附饱和后的活性炭用微波进行再生,考察了辐照时间、微波功率及再生次数对活性炭再生效果的影响.结果表明,当活性炭投加量为 10g/L 时,吸附 60min,含酯废水的 COD 去除率为 69.5%,可生化性从原水的 0.05 提高到 0.25.当微波功率为 420W、辐照时间为 6min 时,活性炭可被有效地再生,再生效率高达 98.0%,活性炭损失率约为 5.2%.再生前后活性炭的红外光谱图表明,活性炭表面官能团发生了变化,促进活性炭对污染物质的吸附.

关键词:锂电池;含酯废水;活性炭吸附;微波再生

中图分类号:X703.5 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2014)03-0644-06

The experimental study of activated carbon adsorption and microwave regeneration for the treatment of ester-11containing wastewater from lithium-ion battery factory. ZHANG Zhi-hui, ZHENG Tian-long, WANG Xiao-2111* qiang, WANG Zhi-gang, MA Yu-hui, WANG Qun-hui(1.Department of Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;2.School of Renewable Energy, North China Electric Power University, Beijing 102206, China). China Environmental Science, 2014,34(3):644~649

Abstract:Lithium-ion batteries became an important direction for the clean energy development, but the ester-containing wastewater produced from the battery factory was not suitable for direct biological treatment,for its high levels of COD and low biodegradability.The treatment of ester-containing wastewater by activated carbon adsorption method was investigated in this study, especially the effects of adsorption time, pH conditions and activated carbon dosage on the COD removal rate. The saturated activated carbon was regeneratedby microwaveafter adsorption. The effects of irradiation time and microwave power on the activated carbon regeneration were also studied. Under the optimum conditions of activated carbon dosage was 10g/L, adsorption time of60min, the wastewater COD removal rate was 69.5% and biodegradability of raw water was improvedfrom 0.05 to 0.25. Moreover, under the conditions of the microwave power was 420 W and the irradiation time was 6min, the activated carbon could be effectively regenerated, the regeneration efficiency was 98.0%, and only about 5.2% was lost in the regeneration process.The infrared spectra of activated carbon before and after regeneration showed thatthe surface functional groups of the activated carbonhad changed,thus improved the adsorption of pollutants.

Key words:lithium-ion battery;ester-containing wastewater;activated carbon adsorption;microwave regeneration

作为一种清洁能源,锂电池的应用越来越普属酸性废水,且 BOD/COD 为 0.05~0.12,不适宜用遍,但其生产过程所带来的环境污染问题也日益生物的方法直接处理.根据工业废水分质处理的引起人们的关注.目前,国内外对电池废水的处理需求和该厂地理环境特点,用活性炭对废水做吸主要集中在重金属的去除研究上,对电池生产过附预处理,可减轻后续生化处理时有毒污染物对

[1]程中产生的有机废水,尤其是含酯废水的处理尚微生物的抑制作用,保障生化系统的稳定运行. 未见报道.北方某厂在锂电池生产过程中,每天排

收稿日期:2013-06-29 放的含酯废水约为 15t,其中主要包含小分子酯基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07201002-6) 类有机物质.废水有机物浓度较高,pH 值为 3~5, * 责任作者, 教授, wangqh59@sina.com

张志辉等:活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水及微波再生实验 3 期 645 另外,还可减少废水生化处理的水力停留时间,大炭采用微波辐照的方法进行再生,考察微波辐照 [2]时间、微波功率对活性炭再生效率及炭损失率的大降低投资成本和运行成本,吸附饱和的活性

影响,并在适宜的条件下进行了多次再生. 炭经再生后可以重复利用.

活性炭的传统再生方法主要有热再生、溶剂 1 材料与方法再生以及生物再生等.而热再生是目前活性炭再

生最主要的形式之一,微波再生则是在传统热再 1.1 废水水质 [3]生基础上发展起来的一种有效再生技术,与传本次实验所用废水主要取自北方某锂电池统热再生相比,具有再生时间短,再生效率高,再厂产生的含酯废水,该废水是锂电池生产过程中 [4-5]生损失率小,耗能低等优点. 注液工序和二次封口工序产生的真空泵冷凝水

基于此,本论文采用活性炭吸附的方法,研究和清洗电池废水(其水质指标为 pH 值 3~5,COD 吸附时间、废水初始 pH 值和活性炭添加量等因值 1800~3000mg/L,BOD 值 100~360mg/L, BOD/ 素对活性炭吸附效果的影响,并对吸附后的活性 COD 值 0.05~0.12).

表 1 废水中主要污染物组分

Table 1 The composition of the wastewater

污染物质分子式或结构式基本性质或用途

常温无色透明、略有气味、微甜的液体碳酸二甲酯(DMC) CHO-COOCH 33锂电池电解液的优良溶剂主要用于锂碳酸乙烯酯(EC) CHO 343碳酸甲乙酯(EMC) CH-O-COO-CH离子电池电解液的添加溶剂用作溶剂253

碳酸二乙酯(DC) 及用于有机合成 CH3CH2OCOOCH2CH3

注液工序是注液机将电解液注入电池的过的 COD 浓度进行监测.

程,部分电解液在液态下被真空管路抽入真空泵 1.4 微波再生实验取一定量吸附饱和的活性中混入水中排出,废水中主要污染物质为电解液炭,放入微波炉中,

的成分,包括碳酸乙烯酯,碳酸甲乙酯,碳酸二乙考察在不同微波辐照时间、微波功率及再生次数酯,碳酸二甲酯等.清洗电池废水主要含碳酸二甲下,活性炭的再生效率及炭损失率. 酯(DMC),这两类废水都属于酯类有机废水,性质 1.5 活性炭再生效率计算活性炭经再生处理相近,所以将它们混合一起进行预处理.其所含具后吸附能力与使用前吸体污染成分及其性质见表 1. 附能力的比值定义为性能恢复率,即再生效率 H. 1.2 实验用活性炭实验所用活性炭为商品活再生后活性炭对废水COD去除率(%) H ,性炭,其基本指标，1002 %为比表面积 906.9m/g,粒径 16~20 目,平均孔径原炭对废水COD的去除率(%) 2.25nm,总孔容积 0.51mL/g. 用活性炭再生效率反映活性炭微波处理后 1.3 活性炭吸附实验活性炭吸附实验采用静再生效果,其值越大,表明再生活性炭吸附能力恢态吸附.取一定量锂复越好. 电池含酯废水于 250mL 锥形瓶中,添加一定量的 1.6 活性炭损失率计算活性炭再生过程中发活性炭, 置于摇床, 在转速为 150r/min, 温度为生一定的质量损耗,损 20?的条件下进行吸附,并在实验过程中对废水耗量与原活性炭质量比值定义为活性炭损失率

(S). 再生前活性炭量(g) , 再生后活性炭量(g) 质质S , ，100% 再生前活性炭量(g)质

活性炭损失率可用来反映微波再生处理过程中活性炭质量的损耗程度,活性炭损失率越高,

中国环境科学 34 卷 646

说明活性炭质量损失越严重. 在上述实验条件下,测定活性炭吸附处理 60min

后废水的 COD 浓度,如图 2 所示. 2 结果与讨论由图 2 可知,活性炭在酸性条件下的吸附效

果要好于碱性条件下,这是因为酯类在酸性条件 2.1 活性炭吸附效果的影响因素

下水解为酸和醇,为可逆反应,并且水解产物酸和 2.1.1 吸附时间对废水 COD 去除的影响量

醇在酸性条件下不易再电离成离子态,而多以分取锂电池厂含酯废水 100mL 于 250mL 锥形瓶中, [7]子形态存在,易于被活性炭吸附. 活性炭添加量为 10g/L,对含酯废水进行吸附,结

果见下图 1. 1200

1000 3000 800 2500

600 2000

400 1500

1000 200 COD 浓度(mg/L) 500 0 0 3 5 7 9 11 0 pH 值 0 20 40 60 80 100 120

pH 值对活性炭吸附效果的影响吸附时间(min) 图 2

COD 浓度随时间变化曲线图 1 Fig.2 Effect of pH on the adsorption efficiency of Fig.1 Changes of COD concentrations and removal activated carbon

efficiencies against time

另一方面,酯类在碱性条件下也会水解,碱性

会促使电离平衡向生成盐类的方向移动,而不利由图 1 可知,前 30min 内,随着吸附时间的延

于活性炭吸附.如碳酸二甲酯的水解,过酸或过碱长,COD 去除率迅速升高,30min 到 60min 之间吸

条件吸附效果都不是最好.pH 值为 1 左右时,溶附效果增加逐渐变缓,吸附时间越长吸附效果越 ++好.60min 以后,废水 COD 降低到 820mg/L 左右, 液中存在着大量的 H,这些 H占据了活性炭的

活性吸附位点,从而限制了活性炭对酯类物质的这时吸附剂表面的吸附质分子近似达到吸附和

[8]脱附的动态平衡,而且废水中主要有机物质为小吸附.pH 值为 3 时,吸附效果最好,此时 COD 去分子酯类,小分子酯类吸附过程中的空间位阻较除率为 69.4%.pH 值大于 3 后,去除率随 pH 值的 [6],因此吸附 60min 时 COD 去除率即可趋于稳小增大而下降.在碱性环境下,活性炭还容易产生定.故本研究确定适宜的吸附时间为 60min. “脱附”现象而不利于活性炭对酯类物质的吸 COD 浓度(mg/L) [9-10]2.1.2 pH 值对废水 COD 去除的影响取 6 组附.因为本研究对象 pH 值在 3~5 之间,故实验废水,分别调节 pH 值为 1、3、5、7、9、11 左右, 中不用调节 pH 值.

2.1.3 活性炭用量对 COD 去除率的影响在果如图 3 所示.

活性炭添加量分别为 2,4,6,8,10,15,20,30,50g/L 废水 COD 的去除率随着活性炭添加量的增条件下,吸附 60min 后,测定废水的 COD 浓度,结加而增加,在实验条件下, COD 去除率最大为

张志辉等:活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水及微波再生实验 3 期 647

87.2%,活性炭添加量在 10g/L 之前,COD 去除率最大,此后又稍有降低,但活性炭损失率逐渐增随着活性炭添加量的增加而迅速增加.但是,当活加.6min 时活性炭再生效率略大于 100%,即吸附性炭添加量超过 10g/L 后,COD 去除率趋势增加效果好于原炭,这是因为微波再生不仅是吸附质变缓.因此,活性炭适宜投加量选为 10g/L,此时脱附的过程,还可以改变活性炭的孔径结构,对活

[11-12]COD 去除率为 69.5%,废水 COD 降低到 800mg/L 性炭起到活化的作用,从而提高对污染物质 [13] 左右.而废水可生化性提高为 0.25,约为原水可生的吸附.这与陈欢球用微波再生吸附 2,4,6- 化性的 5 倍,由于活性炭吸附了废水中的较高浓 TCP 饱和的改性活性炭再生结果类似.因此,活性度的有机酯类物质,如环状的碳酸乙烯酯等, 从炭再生 6min 即可.此时活性炭损失较少,再生效而减轻了后续与厂区生活污水混合生化处理时果较好. 的毒性负荷.

120 10 再生效率活性炭损失率 2000 100 8 1800 80 6 1600

1400 60 4 1200 1000 2 40 800 600 0 COD 值(mg/L) 20 400 0 -2 200 9 3 6 12 15 0 再生时间(min) 0 10 20 30 40 50

活性炭量(g/L) 微波再生时间对活性炭再生效果的影响图 4

活性炭添加量对 COD 去除率的影响 Fig.4 Effect of microwave time on the regeneration 图 3

efficiency of activated carbon Fig.3 Effect of activated carbon dosage on the COD

removal efficiency

2.2.2 微波功率对活性炭再生的影响取等量 2.2 活性炭再生影响因素吸附饱和后的活性炭 , 分别在 119,280,420,

采用 1.4 中所述的微波再生方法,考察微波 595,700W 功率下再生,再生时间均为 6min,再生辐照时间、微波功率和再生次数对活性炭再生效后结果如图 5 所示.

率和损失率的影响.

2.2.1 辐照时间对活性炭再生的影响等量称 14 120 再生效率活性炭损失率取 5 份吸附饱和的活性炭 2.5g,置于微波炉中,在 12 100 10 功率为 420W,辐照时间分别 3,6,9,12,15min 下进 80 再生效率(%) 8 再生效率(%) 行再生.活性炭再生后按最佳投加量 10g/L 对锂 60 6 电池废水进行吸附,测定废水水样 COD 浓度的 4 40 变化,并计算再生的效率和活性炭损失率,结果如 2 20 图 4 所示. 0

0 图 4 中右纵坐标表示活性炭损失率,正值表 -2 119 280 420 595 700 示再生后活性炭量减少,负值表示再生后活性炭微波功率(W) 质量增加.由图可知,再生 3min 时,活性炭再生效图 5 微波功率对活性炭再生效果的影响率低,而炭损失率为-0.2%,这表明此时活性炭再 Fig.5 Effect of Microwave power on the regeneration 生还不完全,活性炭吸附的物质尚未完全脱附,再 efficiency of activated carbon 生效果不好.再生 6min 时,活性炭再生效率达到

由图 5 可知,随着微波功率的增大,活性炭再

活性炭损失率(%) 活性炭损失率(%)

中国环境科学 34 卷 648

生效率升高,到 420W 时,再生效率达到最大,再生 6min,对饱和炭进行了次再生-吸附实验,实验 5

结果见图 7. 效率为 98.0%,活性炭损失率约为 5.2%.但是超过

420W 后,再生效率开始逐渐下降,这是因为功率

120 16 越大,活性炭内部能量越大,过大的功率会使活性再生效率损失率 14 炭内部发生烧灼、氧化等现象,从而炭损失越严 100 12 重,且过大的功率还能破坏活性炭的孔径结构,导 80 10 [14-15] 致活性炭吸附能力下降,再生效率的降低.因 60 8

此,活性炭再生选择 420W 再生效果最好. 6 40 4 2.2.3 活性炭再生前后表面结构变化为了测定 20 2 微波再生对活性炭表面结构的影响,分别测定了原 0 0 炭和 420W 再生 6min 后的活性炭的红外光谱图. 1 2 3 4 5 -1 再生次数图 6 中,活性炭红外最强吸收峰在 3420cm

-1 再生次数对活性炭微波再生效果的影响图 7 处,是 O—H 伸缩振动产生的吸收峰,2922cm处

-1 Fig.7 Effect of regeneration time on the regeneration 的是 C—H 伸缩振动吸收峰,2360cm是三键或

efficiency of activated carbon 累积双键的反对称伸缩振动产生的吸收

-1 由图 7 可见,活性炭再生效率随着再生次数峰 ,1626cm是 C=C 双键伸缩振动吸收 -1 [16-17]的增加而逐渐降低,这主要是由于加热过程中活峰,1120cm处是 .从 C—OH 产生的吸收峰

-1 性炭孔隙结构的坍塌和吸附质脱附不完全造成再生前后峰位变化可以看出,再生后 1626cm处 [18-19]活性炭毛孔堵塞影响的结果.活性炭损失率 C=C 双键位置向波数较低处发生了较大偏移.其 -1 主要是由于吸附质分子的脱附和活性炭表面性他吸收峰,位置偏移不大,但是 2360cm处相对峰 [20]质的改变引起的.本次实验再生 5 次后,活性炭强增强,说明活性炭表面不饱和度增加,并且再生

-1 再生效率仍维持在 75%以上,此时单位活性炭后 1120cm处 C—OH 吸收峰变宽.说明了微波

COD 吸附总量累积达到 685mg/g 活性炭,总的炭再生后,活性炭表面官能团发生了变化,促进活性

损失率约为 14.7%.今后将进一步增加再生次数, 炭对污染物质的吸附.

优化微波再生条件,进一步减少微波再生活性炭

损失率,提高单位重量活性炭吸附 COD 的总量. 100 原炭 95 3 结论 90 2361.15 2922.24 再生炭 1626.94 1116.61 85 3.1 通过对活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水 2360.71 1586.32 的实验研究可知,在原废水 pH 值为 3~5 条件下, 80 1120.30 透光度(%) 3429.70 75 活性炭投加量为 10g/L 时,吸附 60min 即可达到较好的预处理效果 , 此时废水可生化性为 70 3430.24

0.25,COD 去除率为 69.5%. 65 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 3.2 活性炭微波再生实验研究表明,活性炭再 -1波数(cm) 生效果与微波辐照时间和微波功率等因素密切图 6 活性炭再生前后的红外光谱图相关.综合考虑活性炭再生效率和活性炭损失率, Fig.6 FTIR spectrum of activated carbon before and after 本研究适宜的再生条件为:微波功率 420W,再生 regeneration 时间 6min,此时,活性炭再生效率达到 98.0%,活

性炭损失率约为 5.2%.红外光谱图表明,微波再 2.2.4 微波再生次数对活性炭再生的影响在生后,活性炭表面官能团发生了改变,促进了活性上述所确定的再生条件下,即功率 420W,再生

再生效率(%)

活性炭损失率(%)

张志辉等:活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水及微波再生实验 3 期 649

[15] 何明明,田磊,郭小华.活性炭处理皂素废水及其再生的实验炭对污染物质的吸附.

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