您现在的位置: 中国污水处理工程网 >> 污水处理技术 >> 正文

三元前驱体废水处理技术

发布时间:2021-10-13 10:57:29  中国污水处理工程网

  三元动力电池材料前驱体(简称“三元前驱体”)的生产过程中产生的废水水质复杂,处理难度大。采用传统工艺处理时成本高、效果差。笔者采用汽提+反渗透膜+MVR工艺处理该类废水,对其可行性及优点进行介绍。

  1、三元前驱体废水传统处理工艺

  1.1 三元前驱体废水性质

  三元前驱体通常由三元液(硫酸镍、钴、锰的混合溶液)、液碱与氨水在一定条件下液相合成,再经陈化、固液分离、流水洗涤、干燥、过筛、除铁、包装等工序制成成品。固液分离和流水洗涤环节分别产生母液和洗涤水,其中三元前驱体的母液pH为12~13,金属离子(Co2++Ni2++Mn2+)质量浓度约100mg/L,氨氮约5~10g/L,硫酸钠约100~150g/L;洗涤水pH为6~8,金属离子(Co2++Ni2++Mn2+)质量浓度约20mg/L,氨氮约1~2g/L,硫酸钠约10~15g/L。每生产1t三元前驱体约产生15m3母液、约10m3洗涤水,水量较大。母液和洗涤水的水质基本相同,但浓度差异较大,导致处理工艺难度大、成本高、效果差。

  1.2 传统处理工艺

  1.2.1 汽提+冷冻结晶工艺

  将母液和洗涤水混合均匀后,采用汽提工艺处理,回收氨水循环利用,重金属(Co2++Ni2++Mn2+)生成氢氧化物〔Co(OH)2+Ni(OH)2+Mn(OH)2〕,汽提排水经调节pH后,用冷冻结晶工艺回收硫酸钠。该工艺流程简单,但洗涤水与母液混合后废水中的氨氮降低,影响了汽提回收氨氮的效率,同时需要增大汽提的设计处理能力,汽提的投资和运行成本增加。采用冷冻结晶工艺时,硫酸钠的去除率约为50%,排水中盐分约为50g/L,难以满足日益严格的环保排放标准要求。

  1.2.2 汽提+传统脱氨+冷冻结晶工艺

  该工艺将母液与洗涤水分开处理。母液用汽提工艺除氨氮后,采用冷冻结晶工艺除硫酸钠。洗涤水采用生化法、吹脱法、折点加氯法和化学沉淀法等传统氨氮废水处理工艺处置。但采用生物法处理时占地面积大,且洗涤水中的高浓度盐分会对微生物产生抑制作用,导致处理效率降低;采用吹脱法、折点加氯和化学沉淀法存在处理效果差、费用高、产生二次污染等问题。传统工艺已不能达到环保排放标准要求。

  采用传统处理工艺存在处理效率低,运行费用高、硫酸钠回收率低,排水盐分高、存在二次污染等问题,因此迫切需要采用新工艺处理三元前驱体废水。

  2、汽提+反渗透膜+MVR组合工艺介绍

  2.1 工艺流程

  该方案整体工艺流程如图1所示。

1.jpg

  由图1可知,母液和洗涤水分开进行收集与处理。母液采用汽提系统处理,在进汽提塔前预调节pH≥12(一般母液的原始pH为12~13,满足进水要求),使氨以游离状态存在于水中,再送入汽提精馏塔,在塔釜通入蒸汽将氨气从水中蒸出来,氨气在塔顶换热冷却后冷凝成20%的氨水回用,蒸氨后的液体(氨氮<15mg/L,钴、镍、锰等重金属在碱性条件下已自然沉淀)再送入过滤装置固液分离回收重金属,固液分离后的废水经调节pH至中性后,送MVR系统蒸发。根据实际生产情况,建设多套汽提装置,以1套2500m3/d汽提装置为例,因三元前驱体废水中的氯离子<10mg/L,设备材质以316不锈钢为主,主要设备材质见表1。汽提实际运行成本约为10元/m3,主要成本是蒸汽和电。

2.jpg

  机械蒸汽再压缩(MVR)是将蒸发过程的二次蒸汽用压缩机进行压缩,提高其温度、压力,重新作为热源加热蒸发物料,消耗少量电能即可循环利用蒸汽,减少外部蒸汽用量,是一种高效节能的蒸发工艺。脱氨废水进入MVR后,可将全部废水变为蒸馏水,返回生产车间作为洗涤水;蒸发回收的硫酸盐作为工业副产品,生产经济效益。以其中1套2500m3/dMVR设备为例,其参数如表2所示。因进水中氯离子<10mg/L,其材质以316L不锈钢为主,设备运行成本约16元/m3,主要成本为电和蒸汽。

3.jpg

  洗涤水采用多级反渗透膜技术进行处理,先调节pH至5~6,送超滤装置去除少量悬浮物,再送多级RO反渗透膜系统,膜产浓水性质类似母液,合并至母液进汽提装置处理,膜产渗透液已达标,各项指标接近纯水,可作为产品洗涤水回用于生产。以实际生产运行的5000m3/d反渗透膜系统为例,设备主要参数见表3,其运行成本约9元/m3,主要成本是电。

4.jpg

  2.2 工艺效果

  经一段时间的连续跟踪检测,该项目生产过程中的副产品:氨水、元明粉、蒸馏水及膜渗透液均满足工艺回用要求以及相关产品质量标准,可完全回用于生产和销售,相关监测结果见表4~表6。

5.jpg

6.jpg

7.jpg

  3、汽提+反渗透膜+MVR组合工艺可行性

  采用汽提+反渗透膜+MVR组合工艺处理三元前驱体废水,可实现废水中的氨、重金属的回收及循环再利用;副产元明粉可作为化工原料外售;副产蒸馏水作为产品洗涤水返回生产工序使用。该工艺路线实现了废水处理的全量循环,是典型的循环经济工艺路线,可变废为宝,实现资源最大限度的循环利用,设计和生产完全符合新时代绿色发展理念要求。

  以2万t/a三元前驱体生产规模为例,按废水处理全量循环模式计,母液和洗涤水混合处理与分离处理的成本分析如表7所示。

8.jpg

  由表7可见,与母液和洗涤水合并处理的汽提+MVR工艺相比,该组合工艺在前期设备投资仅多100万元的情况下,年运行费用可减少730万元左右,具有明显的运行成本优势,经济可行,具有推广使用意义。(来源:荆门市格林美新材料有限公司)

相关推荐
技术工艺案例