Traitement des eaux usées issues de la fabrication de batteries de stockage d’énergie

1. Sources d’eaux usées, polluants typiques et caractéristiques de l’eau

Les eaux usées provenant de la fabrication de batteries de stockage d’énergie sont principalement générées au cours de six étapes clés de production : la synthèse du matériau cathodique, le revêtement des électrodes, le remplissage de l’électrolyte et la formation, le nettoyage des cellules de batterie, la production d’eau ultrapure et le nettoyage des sols d’atelier.

Dans la production de batteries au phosphate ferro-lithium (LFP), les eaux usées sont principalement acides et contiennent des concentrations élevées de phosphore et de lithium. La production de batteries nickel-cobalt-manganèse (NCM) génère des eaux usées contenant des composés complexes de nickel, de cobalt et de manganèse, tandis que la préparation de l’électrolyte produit des eaux usées organiques contenant du fluorure. En outre, les systèmes d’eau ultrapure rejettent des effluents concentrés à forte teneur en sels.

Les eaux usées contiennent trois grandes catégories de polluants :

• Les métaux lourds, notamment le lithium (Li), le nickel (Ni), le cobalt (Co), le manganèse (Mn), le fer (Fe), le cuivre (Cu) et l’aluminium (Al), existent souvent sous des formes complexes stables, difficiles à éliminer par précipitation conventionnelle.
• Contaminants organiques, principalement le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), les électrolytes à base de carbonate et les liants en PVDF. Les concentrations de DCO varient généralement entre 3 000 et 8 000 mg/L, avec une biodégradabilité médiocre.
• Polluants inorganiques, notamment le fluorure, le phosphate et le sulfate, avec des solides dissous totaux (SDT) dépassant 25 000 mg/L et un pH variant entre 2 et 12.

Les eaux usées présentent une forte salinité, une corrosivité élevée, des fluctuations importantes du débit et de la qualité de l’eau, et doivent respecter les exigences strictes en matière de rejet définies dans la norme GB 30484-2013 – Norme d’émission des polluants pour l’industrie des batteries.

2. Défis courants rencontrés par les clients

Les exigences en matière de conformité environnementale pour l’industrie des batteries de stockage d’énergie deviennent de plus en plus strictes. Les métaux lourds, le fluorure et la DCO constituent des indicateurs réglementaires clés, et même de légères fluctuations de la qualité des eaux usées peuvent entraîner une non-conformité et des sanctions environnementales.

Les systèmes de traitement conventionnels nécessitent généralement des doses excessives de produits chimiques et produisent de grands volumes de boues dangereuses, ce qui entraîne des coûts élevés d’exploitation et d’élimination.

Les équipements de traitement standardisés ne parviennent souvent pas à résoudre les défis spécifiques de ce secteur, notamment l’élimination des métaux lourds complexés et l’encrassement des membranes causé par des eaux usées à forte teneur en sels. Des arrêts fréquents du système pour maintenance nuisent au fonctionnement continu des installations.

Par ailleurs, des métaux précieux tels que le lithium et le nickel sont souvent perdus dans les eaux usées, ce qui entraîne une faible récupération des ressources et des pertes économiques inutiles.

À mesure que la capacité de production continue de s’étendre, les installations traditionnelles de traitement des eaux usées en béton nécessitent une empreinte au sol importante, offrent une automatisation limitée et sont difficiles à moderniser. Le secteur exige de plus en plus des solutions intégrées et sur mesure pour le traitement des eaux usées, spécifiquement conçues pour la fabrication de batteries de stockage d’énergie.

3. Procédure de traitement et configuration des équipements principaux

Pour traiter efficacement les caractéristiques complexes des eaux usées issues de la fabrication de batteries de stockage d’énergie, nous utilisons une procédure intégrée comprenant :

Collecte séparée et prétraitement → Oxydation avancée → Traitement biologique → Désalinisation membranaire avancée → Cristallisation MVR pour un rejet quasi nul de liquide (ZLD)

Pendant le prétraitement, les différents effluents sont collectés séparément et traités dans des bassins d’égalisation, suivis d’un ajustement du pH, de réacteurs de décomplexation, d’une coagulation et d’une sédimentation en deux étapes, ainsi que de systèmes de flottation par air dissous (DAF), afin d’éliminer efficacement les matières en suspension, la plupart des métaux lourds et le fluorure.

Pour les composés organiques réfractaires, on applique l’oxydation de Fenton ou l’oxydation avancée à l’ozone afin de dégrader les molécules organiques complexes et d’améliorer nettement leur biodégradabilité.

L’étape de traitement biologique repose sur un procédé UASB + deux étages A/O + MBR permettant d’éliminer efficacement la DCO, l’azote ammoniacal et le phosphore total.

Pour la désalinisation avancée, un système d’osmose inverse (RO) anti-encrassement combiné à une électrodéionisation (EDI) produit de l’eau recyclée de haute qualité, adaptée à la réutilisation dans la production de batteries et les procédés de nettoyage.

Le concentrat final à forte salinité est traité par concentration membranaire DTRO suivie d’une évaporation et d’une cristallisation MVR, permettant la solidification du sel et atteignant un débit liquide quasi nul.

Les équipements principaux comprennent :

• Cuves de régulation en PE résistantes aux acides et aux alcalis
• Réacteurs de chélation des métaux lourds
• Systèmes d’oxydation à l’ozone micro/nano
• Systèmes de filtration membranaire anti-encrassement
• Évaporateurs MVR
• Systèmes de surveillance en ligne automatique de la qualité de l’eau
• Tableaux de commande intelligents de dosage chimique

4. Avantages de la solution

Notre solution de traitement des eaux usées est spécifiquement conçue pour la fabrication de batteries de stockage d’énergie.

En intégrant une technologie de défluoration à deux étages et une technologie de capture approfondie par résine chélatante, le système élimine efficacement les métaux lourds complexés et le fluorure, garantissant que l’eau traitée dépasse systématiquement les exigences nationales de rejet et réduisant au minimum les risques de non-conformité environnementale.

Nous fournissons des équipements entièrement personnalisés et non standardisés, conçus en fonction des caractéristiques des eaux usées, de l’agencement de l’usine et des besoins futurs d’expansion de la production. Des structures renforcées anticorrosion, des canaux d’écoulement anti-obstruction et des dimensions d’équipement optimisées assurent un fonctionnement fiable dans des conditions d’eaux usées fortement salines, corrosives et variables.

L’ensemble des équipements mécaniques principaux, des systèmes de commande électrique et des composants de traitement de l’eau est certifié selon les normes CE, UL et ISO, répondant ainsi aux exigences de sécurité européennes et nord-américaines tout en soutenant la conformité et l’acceptation mondiales des projets.

Le système offre une résistance exceptionnelle aux fluctuations de la charge hydraulique et des polluants. La collecte séparée des eaux usées stabilise efficacement la qualité des effluents entrants, tandis que la technologie membranaire anti-encrassement réduit la fréquence de maintenance et les temps d’arrêt des équipements de plus de 70 %.

Les taux de réutilisation de l’eau peuvent dépasser 90 %, tandis que des métaux précieux tels que le lithium et le nickel peuvent être récupérés simultanément, réduisant ainsi considérablement la consommation d’eau douce et les coûts d’élimination des déchets dangereux.

La conception intégrée modulaire nécessite environ 40 % moins d’espace d’installation que les systèmes conventionnels à construction civile et permet une extension flexible de la capacité future. Le fonctionnement entièrement automatisé et intelligent optimise en continu le dosage des produits chimiques et la recirculation du système, tout en minimisant l’intervention manuelle.

En outre, nous fournissons une documentation technique complète pour soutenir les évaluations d’impact environnemental (EIE), la réception des projets et les demandes d’autorisations de rejet.

5. Références de projet et documents justificatifs

Nous avons mené à bien de nombreux projets de traitement des eaux usées pour des fabricants de batteries de stockage d’énergie dans les régions du Guangdong, du Jiangsu, du Hunan et d’autres provinces, avec une vaste expérience dans le service d’installations de production de batteries LFP et NCM.

Un projet phare est un projet ZLD (Zero Liquid Discharge) de batteries de stockage d’énergie au lithium fer phosphate (LFP) d’une capacité de 6 GWh/an, doté d’une capacité de traitement des eaux usées de 550 m³/jour.

L’eau traitée est systématiquement réutilisée pour les procédés de nettoyage des électrodes, permettant ainsi des économies annuelles d’eau douce d’environ 180 000 m³ tout en réduisant la génération de déchets dangereux de 55 %. Ce projet a été validé avec succès lors de l’inspection environnementale d’acceptation, dès la première soumission.

Les documents justificatifs comprennent :

• Certifications CE, UL et ISO
• Brevets sur le procédé propriétaire de traitement des eaux usées
• Rapports d’analyses de la qualité de l’eau établis par des laboratoires tiers
• Documents d’approbation environnementale
• Contrats de référence pour des projets similaires de référence
• Accords complets de garantie d’exploitation et de maintenance

6. Périmètre des services et processus de coopération

Nous fournissons des services clés en main de conception, fourniture et construction (EPC) complets pour le traitement des eaux usées, y compris l’étude de site, la caractérisation des eaux usées, les essais pilotes, l’ingénierie de procédés sur mesure, la fabrication d’équipements non standard, les travaux de génie civil, l’installation, la mise en service, l’assistance à la conformité environnementale, l’exploitation et la maintenance annuelles, la modernisation des systèmes et la fourniture à vie de consommables.

Des services personnalisés, tels que la valorisation des eaux usées et la récupération de métaux précieux, peuvent également être fournis selon les exigences du client.

Processus standard de coopération

• Enquête sur site et prélèvement d’échantillons d’eau – Réaliser une investigation sur site, une analyse des eaux usées et établir un rapport professionnel d’évaluation de la qualité de l’eau.
• Conception de solution sur mesure – Élaborer un procédé de traitement adapté, un devis détaillé et une disposition 3D de l’usine, fondés sur les conditions de production.
• Fabrication d’équipements et construction – Démarrer la fabrication d’équipements sur mesure et les travaux de génie civil sur site après confirmation du contrat.
• Installation et mise en service – Finaliser l’installation, les essais intégrés du système et la mise en service afin de garantir une conformité stable.
• Acceptation du projet et formation – Assister aux procédures d’acceptation environnementale et fournir une formation complète aux opérateurs.
• Soutien technique à long terme – Fournir des services d’exploitation sur site, des inspections programmées, la maintenance des équipements, les mises à niveau du système et un soutien technique à vie.