本发明属于废水处理及资源回收,涉及一种三元前驱体废水的处理及资源回收方法和系统。
背景技术:
1、锂离子电池一般由正极片、负极片、隔膜纸等零部件组成,其中正极材料是正极片的关键。以镍钴锰三元正极材料为例,由于其具有良好的循环性能、可靠的安全性以及适中的成本等优点,是当前最有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。然而,在三元正极材料制备过程中,会产生大量的生产废水,如生产三元前驱体过程中会产生母液和洗涤水,它们统称为三元前驱体废水。三元前驱体废水水质主要特征为:氨氮高,有价金属离子含量高,以及含盐量高,其中该废水中含有氨氮、有价金属离子、钠盐等成分,都具备回收价值。因此,如何实现三元前驱体废水的无害化处理以及“变废为宝”,是现阶段的研究热点和难点。
2、针对三元前驱体废水的特性,行业内一般采用如图1所示的处理方式,先对三元前驱体废水进行脱氨处理,回收氨,然后采用压滤机或精密微孔过滤器对脱氨后液进行过滤除重,回收有价金属离子,最后经ph调节后对除重后液进行蒸发结晶,回收钠盐(如硫酸钠)。然而,上述的处理方式在以下方面还有待改良:(a1)由于脱氨后液的产量大,且采用的压滤机不能连续生产运行,因而难以利用压滤机实现对脱氨后液的大量处理;(a2)由于脱氨后液中含固量低,因而需要压滤机长时间的压榨才能实现较好的脱水效果,这必然会增加压滤机的脱水时间和脱水成本,不利于提高脱盐后液的处理效率,也不利于降低脱盐后液的处理成本,同时由于脱氨后液中含固量低,压滤机的跑泥现象更加严重,因而需要将滤液不断的返回至前端进行再次压滤,不仅会增加压滤机的维护及检修频率和成本,而且也会导致压滤机的运行不稳定,同时会显著增加操作人员的工作量,并要求操作人员具有更高的技术能力;(a3)由于脱氨后液中沉渣颗粒粒径细小,沉降效果差,因而在不添加絮凝剂的前提下,难以通过压滤机有效分离出废水中的有价金属沉渣,特别是,若在脱氨后液中添加絮凝剂(如pac、pam),也存在以下缺陷:药剂成本高,容易在沉渣中引入其他杂质离子,需要增加絮凝沉淀池,且由于絮凝反应需要一定的停留时间,因而所采用的絮凝沉淀池的占地面积不能太小,这必然会增加场地面积以及建设成本,以及延长处理时间;(a4)压滤机对脱氨后液的除重效果不佳,滤液水质不稳定,出水浊度仍然很高,在0.3~50ntu之间,这会增加后续处理工艺的复杂性;(a5)采用的精密微孔过滤器对压滤机出水进行过滤,其目的是截留压滤机出水中的有价金属沉渣,但是这些有价金属沉渣被滤芯截留后,留在滤芯内,难以回收,与此同时,当精密微孔过滤器的使用压差超过一定范围后就需要更换滤芯,由于滤芯不能重复利用,这必然也会增加设备成本,另外,精密微孔过滤器的滤芯为有机材料,而有机材料一般不耐高温,因而将精密微孔过滤器用于过滤脱氨后液时,由于脱氨后液的温度高达55~65℃,可能会加速滤芯材质的老化和腐蚀氧化有机材料,从而导致滤芯过滤效果变差,甚至失效,不仅难以通过精密微孔过滤器有效去除废水中的有价金属沉渣,而且也容易增加滤芯更换成本;(a6)经ph值调节后,除重后液中的有价金属沉渣转化成离子并进入到溶液中,因而通过蒸发结晶的方式会将这些有价金属离子转移至硫酸钠结晶盐中,一方面会导致这部分有价金属难以回收,造成资源浪费,另一方面,这些有价金属离子转移到硫酸钠结晶盐后,必然会影响硫酸钠结晶盐的品质,甚至可能会被定性为危废,进而需要更加高昂的危废处理成本。
3、另外,有研究人员提出了一种三元前驱体废水的处理工艺,包括以下步骤:将三元前驱体废水输入到ph调节池中,投加氢氧化钠溶液,控制ph值为11.5-13,将ph调节池中的废水输送至精馏塔进行脱氨,回收氨水,采用平板式离心分离机使镍钴锰等重金属从废水中分离出来,采用2%-5%的盐酸调节离心出水的ph值为3-4并进行树脂吸附,从离心出水中吸附分离出镍钴锰的金属离子,最后对树脂产水进行蒸发结晶,得到硫酸钠产品。然而,该处理工艺中仍然存在以下缺陷:(b1)采用的离心分离机,处理量小、分离效果有限,难以实现对塔釜液(脱氨后液)的大规模处理,甚至不如板框压滤机;(b2)相比板框压滤机,经离心分离机固液分离后得到的滤液中有价金属沉渣的含量更高,因而经过酸调节后溶液中的镍钴锰离子含量显著增加,这会加大树脂吸附的运行负荷,由此也会带来树脂用量大、树脂使用寿命短、处理成本高等缺陷;(b3)采用盐酸调节废水的ph值为3-4,一方面,引入的氯元素,不仅容易对后续蒸发结晶设备造成腐蚀风险,另一方面,氯元素作为杂质,以氯化钠的形式进入到硫酸钠产品中,会降低硫酸钠产品的纯度,其中所得硫酸钠产品仅能达到gb/t6009-2014《工业无水硫酸钠》标准中ⅱ类一等品标准;(b4)树脂产水的ph值为3-4,在采用蒸发结晶设备对ph值为3-4树脂产水进行蒸发结晶时,会加剧蒸发结晶设备的腐蚀程度,不利于安全生产。
4、此外,也有研究人员提出了一种从三元前驱体废水中回收镍钴的系统及方法,先加入硫酸调节废水的ph,使氨和重金属以游离态形式存在,将调节后的废水送入到超滤膜系统,去除悬浮物,将超滤膜系统处理后的透过液送入反渗透系统进行浓缩处理,提高浓缩液中的金属离子和氨氮浓度,将反渗透系统处理后的浓缩液一部分送入反应装置,与硫化沉淀反应形成硫化锰沉淀,调节ph值后,与硫化沉淀剂反应形成硫化镍和硫化钴沉淀,出水进入沉降池,沉降池处理后的清液送入到mvr蒸发器进行蒸发结晶,得到结晶母液,该结晶母液作为化肥级硫酸铵原料,资源化回收利用。然而,上述的回收系统与方法仍然存在以下缺陷:(c1)三元前驱体废水由两部分组成,母液和洗涤水,其中母液盐含量极高,采用反渗透膜浓缩,需要高压膜甚至特种高压膜,因而行业内一般不会采用反渗透膜对混合水样或者母液进行膜浓缩,且三元前驱体混合废水水量较大,也使得设备投入成本和运行成本显著提高。(c2)工艺控制复杂,两次调ph来逐步沉淀有价金属,一次是将ph值调节至6-7,进而将ph值调节至5-6,两个步骤之间ph差距较小,需要精细化控制。(c3)采用硫化物来沉淀有价金属时,存在因硫元素与酸反应(加酸调ph)转化成硫化氢而逸出的风险,其中硫化氢是一种无色有剧毒的酸性气体,低浓度时具有强烈的臭鸡蛋味,具有安全隐患。(c4)硫化镍钴沉淀细小,难以通过自然沉降实现有效分离。(c5)虽然通过膜浓缩能够提升废水中有价金属离子的浓度,进而可以提升沉淀结晶析出结核的速度,但是仍然需要一定的停留时间来沉降,以使得固液分离,且沉降过程中清水过水速度非常低,导致整体系统单位时间的处理量非常低。
5、因此,获得一种废水处理量大、处理效率高、能耗低、处理成本低、适用性好、出水水质稳定达标、有价金属回收高且稳定、社会经济效益好、无二次污染的三元前驱体废水的处理及资源回收方法和系统,对于实现三元前驱体废水的无害化处理和资源化处理具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种废水处理量大、处理效率高、能耗低、处理成本低、适用性好、出水水质稳定达标、有价金属回收高且稳定、社会经济效益好、无二次污染的三元前驱体废水的处理及资源回收方法和系统。
2、为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
3、一种三元前驱体废水的处理及资源回收方法,包括以下步骤:
4、s1、对三元前驱体废水进行脱氨处理,得到氨水和脱氨后液;
5、s2、采用陶瓷膜对步骤s1中得到的脱氨后液中进行过滤,去除脱氨后液中的有价金属沉渣,得到浓液a和产水a;
6、s3、调节产水a的ph值为7~9;
7、s4、采用树脂对步骤s3中调节ph值后的产水a进行吸附,得到吸附有有价金属的树脂和产水b;
8、s5、对产水b进行蒸发结晶,得到硫酸钠结晶盐、冷凝水和浓液b;
9、s6、将浓液a和浓液b混合进行压滤,得到有价金属滤渣和滤液,完成对三元前驱体废水的处理及资源回收。
10、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s2中还包括以下处理:
11、s21、将浓液a分成两部分,分别为浓液a1和浓液a2;
12、s22、将浓液a1回流至脱氨后液中,得到混合液a;
13、s23、将浓液a2回流到所述陶瓷膜的入水端,与步骤s22中得到的混合液a混合,得到混合液b;
14、s24、对混合液b进行过滤;
15、s25、重复步骤s21至s24,对浓液a和脱氨后液进行循环处理。
16、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s21中,所述浓液a1和浓液a2的体积比为6~7:3~4。
17、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s23中,所述陶瓷膜的类型为管式无机陶瓷膜膜管;所述陶瓷膜的材质为氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅中的至少一种;所述陶瓷膜的膜通量为200 l/(h·m2)~350 l/(h·m2);
18、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s24中,采用错流过滤方式对混合液b进行过滤;所述过滤过程中控制膜回收率为90%,膜进口压力<0.4mpa,膜间压力为0.2mpa~0.3mpa。
19、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s25中,所述循环处理过程中,当所述混合液a的浊度>400ntu时,所述浓液a1停止回流,向外排出浓液a1,直至所述混合液a的浊度≤200ntu时,所述浓液a1停止外排,继续回流到脱氨后液中。
20、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s25中,所述循环处理过程中,当所述膜间压力大于0.3mpa时,还包括采用以下任意一种方式对陶瓷膜进行清洗:
21、方式一,包括以下步骤:采用脱氨后液对陶瓷膜进行冲洗;每次所述冲洗的时间为3 min~10min,所述冲洗的频率为每3h冲洗一次;
22、方式二,包括以下步骤:采用硫酸溶液对陶瓷膜进行酸洗,然后采用水对陶瓷膜进行漂洗,直至洗涤液的ph值为7;所述硫酸溶液的温度为60℃~80℃;所述硫酸溶液的质量浓度为3%~5%;所述硫酸溶液的ph值为2;所述酸洗的时间为30min~40min;所述酸洗的周期为每3个月~4个月酸洗一次;所述漂洗过程中采用的水为软化水;所述软化水的温度为60℃~80℃;单次所述漂洗的时间为15min~30min;所述漂洗的次数为2次~3次;
23、方式三,包括以下步骤:采用氢氧化钠溶液对陶瓷膜进行碱洗,然后采用水对陶瓷膜进行漂洗,直至洗涤液的ph值为7;所述氢氧化钠溶液的温度为60℃~80℃;所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3%~5%;所述氢氧化钠溶液的ph值为12;所述碱洗的时间为30min~40min;所述碱洗的周期为每3个月~4个月碱洗一次;所述漂洗过程中采用的水为软化水;所述软化水的温度为60℃~80℃;单次所述漂洗的时间为15min~30min;所述漂洗的次数为2次~3次。
24、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s3中,采用硫酸溶液调节产水a的ph值为7~9;所述硫酸溶液的质量浓度为30%;所述硫酸溶液的加入方式为:采用喷射混合器将硫酸溶液喷射到产水a中。
25、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s4中,所述树脂为丙烯酸树脂和/或螯合树脂;所述树脂在使用之前包括以下处理:将树脂置于质量浓度为10%~15%的硫酸溶液中酸浸泡3h~5h,采用水对酸浸泡后的树脂进行清洗,直至清洗液无色,将清洗后的树脂置于质量浓度为10%~13%的naoh溶液中碱浸泡6h~8h,采用水对碱浸泡后的树脂进行清洗,直至清洗液的ph值为7;所述吸附过程中控制产水b的流速为4bv/h~6bv/h;所述吸附有有价金属的树脂的后续处理包括以下步骤:采用水对吸附有有价金属的树脂进行冲洗,按照流速为1bv/h~1.5bv/h,采用质量浓度为10%~15%的硫酸溶液对冲洗后的树脂进行解吸,收集解吸液,采用质量浓度为10%~13%的naoh溶液对解吸后的树脂进行再生,直至出水的ph值为6,采用水对再生后的树脂进行清洗,完成对树脂的再生。
26、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,所述解吸液的后续处理包括以下步骤:采用纳滤膜对解吸液进行纳滤,得到浓液c和产水c;所述纳滤过程中控制过膜压力为0.8 mpa~1.2mpa,膜回收率为60%~75%;所述浓液c作为有价金属溶液,用于回收有价金属;所述产水c作为硫酸溶液,返回至步骤s3中用于调节产水a的ph值,或者,所述产水c作为硫酸溶液,用于对树脂进行清洗或解吸。
27、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s1中,采用汽提蒸氨的方式对三元前驱体废水进行脱氨处理;所述三元前驱体废水为三元正极材料生产过程中产生的母液和洗涤水的混合液。
28、上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,进一步改进的,步骤s6中,采用板框压滤机对浓液a和浓液b的混合液b进行压滤;所述混合液b的ph值低于10.5时还包括以下处理:采用氢氧化钠溶液调节所述混合液b的ph值≥12;所述有价金属滤渣作为镍钴锰氢氧化物沉淀,用于回收有价金属;所述滤液返回至步骤s2的脱氨后液中。
29、作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种用于实施上述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法的系统,包括依次连接的废水存储灌、汽提蒸氨装置、脱氨后液存储灌、陶瓷膜过滤装置、除重后液存储灌、ph调节灌、树脂吸附装置、树脂产水存储灌、蒸发结晶装置、混合浓液存储灌、压滤装置;所述陶瓷膜过滤装置的浓液出口与所述混合浓液存储灌的入水口连通;所述压滤装置的滤液出口与所述脱氨后液存储灌的入水口连通。
30、上述的系统,进一步改进的,所述系统还包括依次连接的解吸液存储灌、纳滤膜过滤装置和纳滤浓液存储灌;所述解吸液存储灌的入水口与所述树脂吸附装置的解吸液出口连通;所述纳滤膜过滤装置的产水出口与所述ph调节灌的入口连通。
31、上述的系统,进一步改进的,所述脱氨后液存储灌的入水口与所述陶瓷膜过滤装置的浓液出口之间设有回流管道;所述脱氨后液存储灌的出水口与所述陶瓷膜过滤装置的入水口之间的管道上依次设有进料泵和循环泵;所述循环泵的入水端与所述陶瓷膜过滤装置的浓液出口之间设有循环管道。
32、上述的系统,进一步改进的,所述压滤装置为板框压滤机。
33、上述的系统,进一步改进的,所述ph调节灌上还连接有硫酸存储灌;所述混合浓液存储灌上还连接有氢氧化钠溶液存储灌。
34、与现有技术相比,本发明的优点在于:
35、(1)针对现有三元前驱体废水处理工艺中存在的除重效果差、废水处理量小、处理效率低、处理成本高、能耗高、适应性差、有价金属回收稳定性差、社会经济效益差等不足,本发明创造性的提出了一种三元前驱体废水的处理及资源回收方法,先对三元前驱体废水进行脱氮处理,一方面,可以实现氨的回收,以及有效降低脱氨后液中的氨氮含量,从而有利于降低后续树脂吸附过程中氨氮对有价金属离子形成竞争吸附,另一方面,通过脱氮处理,也能实现废水中的氨/有价金属络合物的破络,由此可释放更多的有价金属离子并进入到废水中,并且这些废水中的有价金属离子也能够与氢氧根离子发生反应并转化成金属氢氧化物沉淀,即在废水中形成有价金属沉渣;然后,采用陶瓷膜对脱氨后液中的有价金属沉渣进行过滤,由于陶瓷膜具有适应性好、操作弹性高、处理能力强且稳定、耐高温等特点,因而它能够适应脱氨后液的复杂水质,并能直接对脱氨后液进行过滤,以及能够实现对脱氨后液的大规模处理;与此同时,通过陶瓷膜的高倍浓缩后,一方面,能够将脱氨后液中的有价金属沉渣基本截留在膜浓水侧,形成含固量高、产量小的浓液,其中浓液的体积降低至脱氨后液体积的10%以内,不仅能够大幅减少后续压滤处理的处理量,而且可在无需添加絮凝剂的前提下,直接进行压滤处理,从而不仅能够有效减少后续压滤过程中出现跑泥现象,而且能够显著降低压滤脱水时间和脱水成本,同时也能降低压滤设备的维护/检修频率,确保设备稳定运行,以及显著降低操作人员的工作强度,另一方面,所得陶瓷膜产水中有价金属沉渣的含量显著降低,澄清透明,浊度稳定在0.1ntu以内,因而无需增加额外的除杂工艺(如精密微孔过滤器)以降低废水中有价金属沉渣的含量,可见,经陶瓷膜过滤后,不仅不会增加后续树脂吸附的运行负荷,而且也不会增加额外的处理成本;进一步的,调节陶瓷膜产水的ph值为7~9,一方面,可将陶瓷膜产水中极少量的有价金属氢氧化物沉淀返溶形成有价金属离子,有利于实现后续树脂吸附对废水中有价金属离子的彻底去除,另一方面,通过调节陶瓷膜产水的ph值为7~9,也有利于实现硫酸钠在蒸发结晶过程中的结晶,对于高效回收硫酸钠具有促进作用;更进一步的,通过对ph值为7~9的陶瓷膜产水进行树脂吸附,可利用树脂对有价金属离子的吸附作用,使有价金属离子与废水彻底分离,不仅能够进一步提高有价金属的回收率,有利于强化有价金属的回收效果,而且能够有效避免这些有价金属离子转移至硫酸钠结晶盐中,有利于提高硫酸钠结晶盐的纯度;此外,通过对树脂产水进行蒸发结晶,可以获得高纯度、高回收率的硫酸钠结晶盐,以及水质稳定且达标的冷凝水;最后将陶瓷膜产出的浓液和蒸发结晶产出的浓液混合后进行压滤处理,对浓液进行深度脱水,使滤渣含水率降低至70%以内,滤液返回到前端陶瓷膜过滤工艺中继续进行处理,由此实现对三元前驱体废水的处理及资源回收。与常规处理方法相比,本发明处理及回收方法具有以下优势:(a)采用“陶瓷膜过滤和压滤”相结合的方式,对废水水质的适应性好,无需调节水温,无需添加沉淀剂、絮凝剂,可实现对三元前驱体废水的大规模处理;(b)采用“陶瓷膜过滤和蒸发结晶”相结合的方式,对废水进行浓缩处理,可以获得含固量高、产量少的浓液,由此可以显著降低压滤工艺的处理量,不仅可以确保压滤工艺以及整个工艺的稳定运行,而且处理效率更高、处理成本更低;(c)采用“陶瓷膜过滤、ph值调节、树脂吸附和压滤”相结合的方式,可以高效截留废水中的有机金属沉淀,以及有效吸附残留在废水中的有价金属离子,由此可以强化废水中有价金属的回收效果,其中有价金属的回收率高达99%;(d)采用“脱氨处理、陶瓷膜过滤、ph值调节、树脂吸附和蒸发结晶”相结合的方式,不仅有利于形成大颗粒的硫酸钠结晶盐,而且可以有效去除硫酸钠结晶盐中的杂质,从而能够获得回收率高、纯度高的硫酸钠产品,其中所得到的硫酸钠产品的回收率高达96%,纯度≥99%,达到gb/t 6009-2014《工业无水硫酸钠》标准中i类一等品标准要求;(e)采用“脱氨处理、陶瓷膜过滤、ph值调节、树脂吸附和蒸发结晶”相结合的方式,也可以实现废水的无害化处理,其中蒸发结晶过程中形成的冷凝水的水质达标且稳定,其中所得冷凝水中总钴≤0.1mg/l,总镍≤0.5mg/l,总锰≤1.0mg/l,均符合《无机化学工业污染物排放标准》(gb31573-2015)中4.1.1节有关水污染物排放限值要求和《电池工业污染物排放标准》(gb 30484-2013) 中4.1.2节有关水污染物排放限值要求。因此,本发明三元前驱体废水的处理及资源回收方法,通过各个工序的协同作用,可以实现对三元前驱体废水的大规模、无害化处理,并能高效回收各种有用资源(如氨水、有价金属、硫酸钠),特别是,能够强化有价金属的回收效果,以及获得更高品质硫酸钠产品,而且还能够显著提高处理效率,以及显著降低处理成本,具有废水处理量大、处理效率高、能耗低、处理成本低、适用性好、出水水质稳定达标、有价金属回收率高且稳定、社会经济效益好、无二次污染等优点,可广泛用于处理三元前驱体废水以及从废水中回收高价值资源,使用价值高,应用前景好。
36、(2)本发明中,在利用陶瓷膜对脱氨后液进行过滤的过程中,采用回流+循环的方式进行过滤,可以快速过滤,并使废水浓缩,但又不会堵塞,具体来说,采用的陶瓷膜的膜通量非常大,因而过水量大,适合于大量处理三元前驱体废水,而且在高膜通量条件下,相同的过滤面积,可以处理更多的水流量,从而提高了系统废水处理效率,此外,高膜通量还意味着在处理相同水量时,所需膜面积较小,有助于降低系统的整体成本;并且,不同于常规有机超滤膜的死端过滤,陶瓷膜采用错流过滤,在过滤界面两侧存在的渗透液(清液) 和循环液(浓液),且这两股液体不断流动,因而不会在过滤界面处形成滤饼层堵塞膜,同时切向水流还会把膜表面的污染物带走,从而减轻了膜污染。特别是,经过陶瓷膜的错流循环处理后,向外排出的浓液a1中含固量由0.8g/l提升至8g/l以上,在此条件下,所得浓液可直接进行压滤处理,可以显著降低药剂使用成本。
37、(3)本发明中,在利用陶瓷膜对脱氨后液和浓缩液进行循环过滤的过程中,采用脱氨后液对陶瓷膜进行冲洗,可以延长化学清洗(酸洗、碱洗)的清洗周期,与此同时,通过采用脱氨后液、硫酸溶液、氢氧化钠溶液对陶瓷膜进行联合清洗,也能够确保陶瓷膜长时间的稳定运行,使得清洗成本更低。
38、(4)与常规除重工艺相比,本发明中采用的陶瓷膜对脱氨后液进行过程除重,具有以下优点:(a)相对于絮凝沉淀、板框过滤除重工艺来说,本发明中采用的陶瓷膜对脱氨后液进行过滤,无需投加pac、pam等混凝药剂,降低处理成本,又保证了镍钴锰氢氧化物沉渣的纯度;同时无需絮凝反应沉淀池和反应停留时间,使得设备整体占地面积小,单位时间处理量更大;陶瓷膜是连续运行设备,操作弹性、自控程度高,操作员工作环境好、劳动强度小。另外,若直接采用板框过滤除重,则板框运行过程中会出现破布和铺布时未将滤布撑平的情况,两者均会引发板框跑泥导致滤液浑浊,出水不稳定,一般板框出水浊度在0.3~50ntu,与之不同的是,陶瓷膜截留效率高,出水澄清透明,浊度稳定在0.1ntu以内。(b)相对于精密过滤器除重工艺来说,本发明中采用的陶瓷膜,在固液分离后,镍钴锰氢氧化物沉渣被截留在浓水侧,方便回收。而精密过滤器将沉渣截留在滤芯内,难以洗出,因此精密过滤器在工程使用时,主要目的是过水,不断截留杂质,当使用压差超过一定范围后就更换滤芯,并不会特意对沉渣进行回收。(c)相对于有机膜分离除重工艺来说,本发明中采用的陶瓷膜耐酸碱、耐高温,因而能够适应脱氨后液碱性强、水温高等水质情况,可直接进陶瓷膜处理,无需调ph、调温。陶瓷膜设计使用膜通量为200~350l/(h·m2),一般常规有机超滤膜膜通量为43l/(h·m2)左右,可见,陶瓷膜通量远超有机膜。同时,本发明采用的高膜通量陶瓷膜,在相同的过滤面积下,可以处理更多的水流量,从而能够提高系统废水处理效率。此外,采用高膜通量陶瓷膜,还意味着在处理相同水量时,所需膜面积较小,有助于降低系统的整体成本。
39、(5)本发明中,采用树脂对陶瓷膜除重后液进行深度除重,具有以下优点:(a)采用树脂对陶瓷膜除重后液进行深度除重,比直接用树脂吸附三元前驱体生产废水时,树脂投入成本大幅降低,树脂更耐用;吸附树脂选用镍钴选择性高的丙烯酸树脂和/或螯合树脂,确保出水可以达到镍≤0.5mg/l,钴≤0.1mg/l的高要求。同时,针对陶瓷膜除重后液中有价金属低浓度特点,设置产水流速4~6bv/h,相对于常规3bv/h的流速,在保证出水达标的同时,提升产水流速,即提升了单位时间的过水量,增大了处理能力。(b)采用耐酸性的纳滤膜对树脂解吸液进行纳滤,可以有效截留有价金属离子,起到分离浓缩的作用,可以进一步提高有价金属的回收率,并且分离后的产水为纯度较高的稀硫酸溶液,可回流到ph调节罐中继续用于调节ph,由此可以减少所需硫酸的用量,整体上降低运行成本。
1.一种三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,步骤s2中还包括以下处理:
3.根据权利要求2所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,步骤s21中,所述浓液a1和浓液a2的体积比为6~7:3~4;
4.根据权利要求3所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,步骤s25中,所述循环处理过程中,当所述膜间压力大于0.3mpa时,还包括采用以下任意一种方式对陶瓷膜进行清洗:
5.根据权利要求1~4中任一项所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,步骤s3中,采用硫酸溶液调节产水a的ph值为7~9;所述硫酸溶液的质量浓度为30%;所述硫酸溶液的加入方式为:采用喷射混合器将硫酸溶液喷射到产水a中。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,步骤s4中,所述树脂为丙烯酸树脂和/或螯合树脂;所述树脂在使用之前包括以下处理:将树脂置于质量浓度为10%~15%的硫酸溶液中酸浸泡3h~5h,采用水对酸浸泡后的树脂进行清洗,直至清洗液无色,将清洗后的树脂置于质量浓度为10%~13%的naoh溶液中碱浸泡6h~8h,采用水对碱浸泡后的树脂进行清洗,直至清洗液的ph值为7;所述吸附过程中控制产水b的流速为4bv/h~6bv/h;所述吸附有有价金属的树脂的后续处理包括以下步骤:采用水对吸附有有价金属的树脂进行冲洗,按照流速为1bv/h~1.5bv/h,采用质量浓度为10%~15%的硫酸溶液对冲洗后的树脂进行解吸,收集解吸液,采用质量浓度为10%~13%的naoh溶液对解吸后的树脂进行再生,直至出水的ph值为6,采用水对再生后的树脂进行清洗,完成对树脂的再生。
7. 根据权利要求6所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,所述解吸液的后续处理包括以下步骤:采用纳滤膜对解吸液进行纳滤,得到浓液c和产水c;所述纳滤过程中控制过膜压力为0.8 mpa~1.2mpa,膜回收率为60%~75%;所述浓液c作为有价金属溶液,用于回收有价金属;所述产水c作为硫酸溶液,返回至步骤s3中用于调节产水a的ph值,或者,所述产水c作为硫酸溶液,用于对树脂进行清洗或解吸。
8.根据权利要求1~4中任一项所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法,其特征在于,步骤s1中,采用汽提蒸氨的方式对三元前驱体废水进行脱氨处理;所述三元前驱体废水为三元正极材料生产过程中产生的母液和洗涤水的混合液;
9.一种用于实施如权利要求1~8中任一项所述的三元前驱体废水的处理及资源回收方法的系统,其特征在于,包括依次连接的废水存储灌(1)、汽提蒸氨装置(2)、脱氨后液存储灌(3)、陶瓷膜过滤装置(4)、除重后液存储灌(5)、ph调节灌(6)、树脂吸附装置(7)、树脂产水存储灌(8)、蒸发结晶装置(9)、混合浓液存储灌(10)、压滤装置(11);所述陶瓷膜过滤装置(4)的浓液出口与所述混合浓液存储灌(10)的入水口连通;所述压滤装置(11)的滤液出口与所述脱氨后液存储灌(3)的入水口连通。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述系统还包括依次连接的解吸液存储灌(12)、纳滤膜过滤装置(13)和纳滤浓液存储灌(14);所述解吸液存储灌(12)的入水口与所述树脂吸附装置(7)的解吸液出口连通;所述纳滤膜过滤装置(13)的产水出口与所述ph调节灌(6)的入口连通;