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锂电池生产污水处理方案及纯水制取方案

2011-12-27 09:11:08 来源：孙宪江

一、项目简介

XXX锂电池有限公司是由美国斯坦福大学材料工程与科学系崔立峰博士及其研发团队共同投资创建的新兴高科技公司。项目占地150余亩，总投资超5000万美元。公司独家拥有全球唯一的“无定形态纳米硅线大功率锂电池正极材料”产品的知识产权及其生产技术，该技术成功解决了目前大功率动力锂电池市场化应用中存在的寿命短、容量小、安全性差的技术瓶颈，并已分别在美国和国内申请产品发明专利。
企业创办初期主要产品为大功率动力锂电池正极材料，经过2~3年的发展将主要生产大功率动力锂电池成套产品。产品全面投产后将大大提升锂电池在油电混合汽车、电动车、UPS等应用性能。科捷公司计划通过三、五年的努力，建成一个年产大功率动力锂电池一千万只以上，年销售额9亿元以上、年税利5亿元以上的国内*大的大功率动力锂电池生产和研发基地。
为确保锂电池正极材料的精密性，生产过程中采用的冲洗水均采用国家电子级的超纯水。同时生产过程中会产生少量的工艺污水与清洗污水，这部分污水直接排放会对周边的环境造成一定的污染。XXX锂电池有限公司在投资该项目的同时拟投资建设配套的纯水制备设施和污水处理设施。

二、污水特征
1、污水水质
（1）工艺污水
锂电池正极材料的主导生产工艺为向KOH溶液中滴加锂盐生成锂沉淀物作为正极材料。反应结束后剩余的盐溶液及生产过程中产生的工艺水。工艺水的主要水质见下表：

污染因子	锰	镍	钴	KOH	K₂SO₄
污染浓度（mg/L）	200	2	2	720	25800

注：以上水质数据为企业提供

（2）冲洗污水
锂电池正极材料在反应生成后需要用水进行清洗，清洗过程中产生的污水即冲洗污水。冲洗污水中的污染因子基本与工艺污水中水质类似，但水质浓度相对于工艺污水水质非常低。
2、污水水量
XXX锂电池有限公司锂电池正极材料生产排放的污水总量约50t/d，其中以工艺污水为主，工艺污水约占总水量的70%（约35 t/d），清洗污水只占30%（约15t/d）。

三、用水要求及排水标准
1、生产用水标准
XXX锂电池有限公司锂电池正极材料的生产用水水质标准要求达到《中国国家电子级超纯水规格》（GB/T11446·1-1997），具体数值见下表：

用水执行标准	《中国国家电子级超纯水规格》（GB/T11446·1-1997）
电阻率（25℃）	≥18.2兆欧
硅	≤2μg/L
铜	≤0.2μg/L
锌	≤0.2μg/L
镍	≤0.1μg/L
钠	≤0.5μg/L
钾	≤0.5μg/L
氯	≤1μg/L
＞1μm颗粒	≤0.1个/ml
细菌检测	≤0.01个/ml
硝酸根	≤1μg/L
磷酸根	≤1μg/L
硫酸根	≤1μg/L
TOC（总有机碳）	≤20μg/L

2、污水排放标准
XXX锂电池有限公司锂电池正极材料排放的污水经过处理后要求达到《污水综合标准》（GB8978-1996），具体数值见下表

排水执行标准	《污水综合标准》（GB8978-1996）表1及表4一级
总镍	≤1.0mg/L
PH	6~9
COD_Cr	≤100mg/L
BOD₅	≤20mg/L
SS（悬浮物）	≤70mg/L
总锰	≤2.0mg/L

四、超纯水制备工艺确定
制备电池行业用超纯水的工艺流程大致分成以下三种：

超纯水制备工艺	离子交换方式	两级反渗透方式	电去离子技术
工艺流程	原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→阳树脂过滤床→阴树脂过滤床→阴阳树脂混床→微孔过滤器→用水点	原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→*级反渗透→PH调节→中间水箱→第二级反渗透（反渗透膜表面带正电荷）→纯化水箱→纯水泵→微孔过滤器→用水点	原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→一级反渗透机→中间水箱→中间水泵→EDI系统→微孔过滤器→用水点
优点	1、初投资少 2、占地面积少	1、无须树脂再生	1、不需要酸碱再生 2、可连续性产水 3、运行费用低
缺点	1、离子再生频率高 2、酸碱消耗大 3、对环境有破坏性	1、投资比采用离子交换树脂方式搞 2、膜元件需定期清洗更换 3、水质大都只能做到电导率1us/cm	1、初投资高

综合比较以上几种超纯水处理工艺，从长远考虑建议XXX锂电池有限公司采用EDI超纯水制备工艺（即电去离子技术）用于制备生产用水。
五、污水处理工艺确定
1、污水水质特征
（1）污水呈强碱性，污水中含有0.72g/L氢氧化钾（KOH）。
（2）污水中污染因子主要以重金属离子，包括锰、镍、钴等。
（3）污水中含有高浓度的无机盐，污水含有25.8g/L硫酸钾（K₂SO₄）。
2、污水处理工艺的确定
综合分析XXX锂电池有限公司排放的污水水质特征，并从长远发展考虑，我公司建议污水处理设施可分两步进行建设。*步污水处理达标后排放，第二步回收污水中的无机盐，污水处理后回用至生产上，真正达到循环经济、污水“零排放”。XXX锂电池有限公司采用以下以下污水处理工艺流程：

*步：近期污水处理设施建设

综合污水50t/d

污水收集池

沉淀池

反应池

清水池

集水池

达标排放

污泥干化机

活性碳过滤

外运处置

药剂

组合设备

第二步：污水回用、回收无机盐

清水池污水50t/d

多效蒸发浓缩设施

无机盐结晶池

回收硫酸钾

回到超纯水制备系统中制备超纯水

反渗透膜处理

图：XXX锂电池有限公司污水处理工艺流程图

五、工程造价
1、工艺用水（超纯水造价）
XXX锂电池有限公司生产用水水量为2t/h，采用EDI超纯水制备工艺（即电去离子技术）制备超纯水整套设备造价约在70~80万（不包超纯水制备设施至用水点的管网铺设）。

序号	产品名称	规格型号	材质	材质	数量	部件及品牌
1	进水阀组	VS-25			1台	含手动阀、电动阀
2	原水箱	1m³	PE		1台	含液位控制
3	原水泵	2T/30H	不锈钢	A3	1台
4	加药设备	ACS601			1套	含药箱、泵:
5	袋式过滤器	MF-2	不锈钢		1台
6	超滤系统	UF-2			1套
7	过滤水箱	1.5m³	PE		1台	含液位控制
8	过滤水泵	2T/25H	SUS304	A3	1台
9	软水器	DI-2	玻璃钢		1台
10	软化水箱	1.5m³	PE		1台	含液位控制
11	精密过滤器	MF5-2	不锈钢		1台
12	反渗透水处理设备	RO -D-1		A3	1套
⑴	反渗透主机	RO -D-1		A3	1台
⑵	清洗设备				1套	含药箱、泵:
⑶	PH调节装置	ACS601			1套	含药箱、泵:
⑷	中间水箱	1m³	PE		1台	含液位控制
13	RO产水箱	1m³	FRP		1台	含液位控制
14	EDI供水泵	2T/30H	不锈钢		1台
15	保安过滤器	MF0.5-2			1台
16	脱气膜				1支
17	水环真空泵				1台
18	EDI设备			A3	1套
19	纯水箱	2m³	FRP		1台	含液位控制
20	水封箱		FRP
21	纯水泵	2T/30H	不锈钢	A3	1台
22	紫外杀菌器	UV-2	不锈钢		1台
23	脱气膜				2支
24	真空泵				1台
25	抛光混床				1台
26	终端过滤器		SS316		1台	折叠式滤芯
27	电气控制柜		A3		1台	仪表：国产

进水为市政自来水，进水电导≤600μS，出水电阻率≥18兆欧。

2、污水处理设施造价（*步污水处理达标排放）

序号	设备名称	单位	数量	造价（万元）	备注
一	设备造价
1	工艺水泵	台	4	1.60	定型设备
2	搅拌系统	套	2	0.60	304不锈钢
3	组合设备（包括反应池2座、沉淀池1座）	台套	1	12.60	非标钢制防腐
4	导流筒	只	1	0.20	非标PVC
5	填料及支架	m³	6	0.50
6	真空罐	只	2	0.50	非标PVC
7	加药系统（带搅拌）	套	2	2.40	非标聚乙烯
8	污泥干化机	台	1	3.00
9	活性碳过滤设施	台套	1	2.50	不含活性碳
10	管路、管件、阀门			2.50
11	电气控制			2.20
12	防腐			1.70
二	土建造价（设备基础及污水收集池）			1.20	钢砼结构
三	税金			1.50
四	运费			0.50
五	设计调试培训费			1.50
	合计			35.00