CN220056579U - 钠离子电池正极材料洗水的零排放系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，涉及水处理技术领域。该钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，沿水处理方向包括依次连通的调节池、混凝沉淀池、软化沉淀池、砂滤装置、超滤系统、反渗透系统和蒸发处理系统。其中，调节池内设置均质处理装置，能够维持池内水质稳定，减小水质波动；混凝沉淀池依次设置第一反应区、絮凝区和第一沉淀区，能够去除废水中大部分的草酸；软化沉淀池依次设置第二反应区和第二沉淀区，能够去除废水中大部分的钙离子；砂滤装置和超滤装置能够去除废水中的悬浮物，避免悬浮物对反渗透系统的影响；反渗透系统能够对废水进行浓缩，减少进入蒸发处理系统的废液量，减少投资成本以及运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及水处理技术领域，尤其是涉及一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统。
背景技术
钠离子电池凭借丰富而廉价的钠资源优势，和与锂离子电池相似的工作原理，在对能量密度较低的智能电网和大规模储能领域得到了迅速发展。钠离子电池的充放电过程，就是钠离子的嵌入和脱出的过程。在电化学储能系统中，正极材料的电压、容量等性能在电池中起着主导作用。正极材料的设计基本能决定电池的容量和功率。目前研究的钠离子电池正极材料，可分为晶态材料和非晶态材料两大类，正极晶态材料按照结构可分为三大类：过渡金属氧化物化合物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类。正极材料的生产过程中产生大量洗水，洗水中含有部分草酸、硫酸钠以及镍、锰等其他金属元素，该废水若不经过处理而排放到环境中，不仅对生态环境造成危害，而且浪费大量资源。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，以解决上述问题中的至少一种。
第一方面，本实用新型提供了一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，沿水处理方向包括依次连通的调节池10、混凝沉淀池20、软化沉淀池30、砂滤装置40、超滤系统50、反渗透系统60和蒸发处理系统70；
所述调节池10内设置均质处理装置，用于维持池内水质稳定；
所述混凝沉淀池20用于去除钠离子电池正极材料洗水中的草酸；沿水处理方向，所述混凝沉淀池20依次设置第一反应区21、絮凝区22和第一沉淀区23；所述第一反应区21上设置Ca(OH)2加药口，絮凝区22上设置絮凝剂加药口；
所述软化沉淀池30用于去除钠离子电池正极材料洗水中的钙离子；沿水处理方向，所述软化沉淀池30依次设置第二反应区31和第二沉淀区32；所述第二反应区31上设置碳酸盐加药口，碳酸盐加药口用于投加Na2CO3或K2CO3。
作为进一步技术方案，所述第一反应区21内设置搅拌装置和曝气装置；
所述絮凝区22内设置搅拌装置和曝气装置；
所述第一沉淀区23设置沉淀斜板或者沉淀斜管，用于提高草酸钙的沉淀速率。
作为进一步技术方案，还包括污泥浓缩池80；
所述污泥浓缩池80与所述第一沉淀区23的污泥排出口连通，用于压滤干燥第一沉淀区23的污泥，回收草酸钙；
所述污泥浓缩池80设置压滤液排出口，污泥浓缩池80的压滤液排出口与所述调节池10连通，用于将压滤液回流至调节池10。
作为进一步技术方案，所述第二反应区31内设置搅拌装置和曝气装置；
所述第二沉淀区32设置沉淀斜板或者沉淀斜管，用于提高碳酸钙的沉淀速率。
作为进一步技术方案，还包括污泥浓缩池80；
所述污泥浓缩池80与所述第二沉淀区32的污泥排出口连通，用于压滤干燥第二沉淀区32的污泥，回收碳酸钙；
所述污泥浓缩池80设置压滤液排出口，污泥浓缩池80的压滤液排出口与所述调节池10连通，用于将压滤液回流至调节池10。
作为进一步技术方案，所述砂滤装置40内的滤料为石英砂或石榴石；
所述滤料的粒径为0.5-1.2mm。
作为进一步技术方案，所述砂滤装置40设置反洗管路，用于砂滤装置40的反洗。
作为进一步技术方案，所述砂滤装置40的产水管路或超滤系统50的产水管路上还设置有硫酸加药口，用于调节砂滤产水或超滤产水的pH。
作为进一步技术方案，所述反渗透系统60包括SWRO装置61(海水淡化反渗透膜装置)和HPRO装置62(高压反渗透膜装置)；
所述SWRO装置61的入水口与超滤系统50的产水出口相连通，所述SWRO装置61的浓水出口与HPRO装置62的入水口相连通，所述HPRO装置62的浓水出口与蒸发装置的入水口相连通。
作为进一步技术方案，还包括产水回用池90；
所述产水回用池90与SWRO装置61和HPRO装置62的透过液排出口连通，用于收集SWRO装置61和HPRO装置62的透过液。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，沿水处理方向包括依次连通的调节池、混凝沉淀池、软化沉淀池、砂滤装置、超滤系统、反渗透系统和蒸发处理系统。其中，调节池内设置均质处理装置，能够维持池内水质稳定，减小水质波动；混凝沉淀池依次设置第一反应区、絮凝区和第一沉淀区，能够去除废水中大部分的草酸；软化沉淀池依次设置第二反应区和第二沉淀区，能够去除废水中大部分的钙离子；砂滤装置和超滤装置能够去除废水中的悬浮物，避免悬浮物对反渗透系统的影响；反渗透系统能够对废水进行浓缩，减少进入蒸发处理系统的废液量，减少投资成本以及运行。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例1提供的钠离子电池正极材料洗水的零排放系统；
图2为本实用新型实施例2提供的钠离子电池正极材料洗水的零排放系统。
图标：10-调节池；20-混凝沉淀池；21-第一反应区；22-絮凝区；23-第一沉淀区；30-软化沉淀池；31-第二反应区；32-第二沉淀区；40-砂滤装置；50-超滤系统；60-反渗透系统；61-SWRO装置；62-HPRO装置；70-蒸发处理系统；80-污泥浓缩池；90-产水回用池。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本实用新型的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，本实用新型提供了一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，沿水处理方向包括依次连通的调节池10、混凝沉淀池20、软化沉淀池30、砂滤装置40、超滤系统50、反渗透系统60和蒸发处理系统70；
所述调节池10内设置均质处理装置，用于维持池内水质稳定；
所述混凝沉淀池20用于去除钠离子电池正极材料洗水中的草酸；沿水处理方向，所述混凝沉淀池20依次设置第一反应区21、絮凝区22和第一沉淀区23；所述第一反应区21上设置Ca(OH)2加药口，絮凝区22上设置絮凝剂加药口，添加絮凝剂有助于沉淀的絮凝；
所述软化沉淀池30用于去除钠离子电池正极材料洗水中的钙离子；沿水处理方向，所述软化沉淀池30依次设置第二反应区31和第二沉淀区32；所述第二反应区31上设置碳酸盐加药口，碳酸盐加药口用于投加Na2CO3或K2CO3。
本实用新型提供一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，钠离子电池正极材料洗水首先经过调节池进行均质化处理，进行均匀混合，减小水质波动，以维持废水水质的稳定性；通过混凝沉淀池，可以去除废水中大部分的草酸；通过软化沉淀池，可以去除废水中大部分的钙离子；通过布置砂滤装置和超滤系统可以去除废水中的悬浮物；通过反渗透系统，可以大幅降低回用水中的盐分，同时也能够减少进入蒸发处理系统的废液量，减少投资成本以及运行；最后经过蒸发处理系统获得结晶。
在一些优选的实施方式中，所述第一反应区21内设置搅拌装置和曝气装置，有助于草酸与氢氧化钙充分接触，提高反应速率；
其中，搅拌装置的搅拌速率为70-100rpm；
第一反应区21停留时间为20-30min。
所述絮凝区22内设置搅拌装置和曝气装置，有助于沉淀的絮凝；
其中，搅拌装置的搅拌速率为70-100rpm；
絮凝区22停留时间为20-30min。
所述第一沉淀区23设置沉淀斜板或者沉淀斜管，用于提高草酸钙的沉淀速率。
在一些优选的实施方式中，还包括污泥浓缩池80；
所述污泥浓缩池80与所述第一沉淀区23的污泥排出口连通，用于压滤干燥第一沉淀区23的污泥，回收草酸钙；
所述污泥浓缩池80设置压滤液排出口，污泥浓缩池80的压滤液排出口与所述调节池10连通，用于将压滤液回流至调节池10。
在一些优选的实施方式中，所述第二反应区31内设置搅拌装置和曝气装置，有助于促进碳酸钙的生成；
其中，搅拌装置的搅拌速率为70-100rpm；
第二反应区31停留时间为20-30min。
所述第二沉淀区32设置沉淀斜板或者沉淀斜管，用于提高碳酸钙的沉淀速率。
在一些优选的实施方式中，还包括污泥浓缩池80；
所述污泥浓缩池80与所述第二沉淀区32的污泥排出口连通，用于压滤干燥第二沉淀区32的污泥，回收碳酸钙；
所述污泥浓缩池80设置压滤液排出口，污泥浓缩池80的压滤液排出口与所述调节池10连通，用于将压滤液回流至调节池10。
在一些优选的实施方式中，所述砂滤装置40内的滤料为石英砂或石榴石；
所述滤料的粒径例如可以为，但不限于0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm或1.2mm。
在一些优选的实施方式中，所述砂滤装置40设置反洗管路，用于砂滤装置40的反洗。
当砂滤装置40进出水压力差达到1.5bar以上时，需对砂滤装置40进行反冲洗，待操作压力和流量恢复正常后再重新运行，反冲洗废水返回至调节池10。
在一些优选的实施方式中，超滤系统50的平均膜通量为40～70LMH；
优选的，超滤系统50的回收率为90～95％。
在一些优选的实施方式中，所述砂滤装置40的产水管路或超滤系统50的产水管路上还设置有硫酸加药口，用于调节砂滤产水或超滤产水的pH，例如可通过添加硫酸将pH值控制在8-9。
在一些优选的实施方式中，所述反渗透系统60包括SWRO装置61和HPRO装置62；
所述SWRO装置61的入水口与超滤系统50的产水出口相连通，所述SWRO装置61的浓水出口与HPRO装置62的入水口相连通，所述HPRO装置62的浓水出口与蒸发装置的入水口相连通。
优选地，HPRO装置62的系统回收率为60％，操作压力为110～120bar，膜的平均通量约为10～11LMH；HPRO装置62，40％的浓缩液进入蒸发结晶系统进行蒸发处理。
在一些优选的实施方式中，还包括产水回用池90；
所述产水回用池90与SWRO装置61和HPRO装置62的透过液排出口连通，用于收集SWRO装置61和HPRO装置62的透过液。
优选地，SWRO装置61和HPRO装置62合计85％的透过液(洁净水)作为回用水回流至产水回用池90，进而用于生产工艺中。
下面通过具体的实施例进一步说明本实用新型，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本实用新型。
实施例1
一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，如图1所示，沿水处理方向包括依次连通的调节池10、混凝沉淀池20、软化沉淀池30、砂滤装置40、超滤系统50、反渗透系统60和蒸发处理系统70；
调节池10内设置均质处理装置，用于维持池内水质稳定；
沿水处理方向，混凝沉淀池20依次设置第一反应区21、絮凝区22和第一沉淀区23；第一反应区21上设置Ca(OH)2加药口，内部设置搅拌装置和曝气装置，絮凝区22上设置絮凝剂加药口，内部设置搅拌装置和曝气装置；
沿水处理方向，软化沉淀池30依次设置第二反应区31和第二沉淀区32；第二反应区31上设置碳酸盐加药口，内部设置搅拌装置和曝气装置。
采用上述零排放系统处理钠离子电池正极材料洗水的工艺步骤如下：
1)钠离子电池正极材料洗水首先经过调节池10均质化处理，进行均匀混合，减小水质波动，以维持废水水质的稳定性；
2)调节池10的废水进入混凝沉淀池20，从Ca(OH)2加药口投加Ca(OH)2，调节pH至10-11.5，以使废水中的草酸根与Ca2+反应起到去除目的；
3)混凝沉淀池20底部污泥为草酸钙，进行压滤干燥后包装外售；
4)混凝沉淀池20出水进入软化沉淀池30，从碳酸盐加药口投加Na2CO3，以使废水中的钙离子与碳酸根反应起到去除目的；
5)软化沉淀池30底部污泥为碳酸钙，进行压滤干燥后包装外售；
6)软化沉淀池30出水依次进入砂滤装置40和超滤系统50，去除大部分悬浮物；
7)超滤系统50出水经过加硫酸调节pH至8.00～9.00后进入反渗透系统60进行浓缩减量化处理；
8)反渗透系统60处理得到的浓缩液进入蒸发处理系统70进行蒸发处理，获得结晶。
实施例2
一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，如图2所示，包括依次连通的调节池10、混凝沉淀池20、软化沉淀池30、砂滤装置40、超滤系统50、反渗透系统60、蒸发处理系统70、污泥浓缩池80和产水回用池90；
调节池10内设置均质处理装置，用于维持池内水质稳定；
沿水处理方向，混凝沉淀池20依次设置第一反应区21、絮凝区22和第一沉淀区23；第一反应区21上设置Ca(OH)2加药口，内部设置搅拌装置和曝气装置，絮凝区22上设置絮凝剂加药口，内部设置搅拌装置和曝气装置；
沿水处理方向，软化沉淀池30依次设置第二反应区31和第二沉淀区32；第二反应区31上设置碳酸盐加药口，内部设置搅拌装置和曝气装置；
污泥浓缩池80与第一沉淀区23的污泥排出口连通；污泥浓缩池80设置压滤液排出口，污泥浓缩池80的压滤液排出口与所述调节池10连通。
污泥浓缩池80与第二沉淀区32的污泥排出口连通；污泥浓缩池80设置压滤液排出口，污泥浓缩池80的压滤液排出口与所述调节池10连通。
砂滤装置40内的滤料为石英砂或石榴石，粒径为0.5～1.2mm，并设置反洗管道；
反渗透系统60包括SWRO装置61和HPRO装置62；
SWRO装置61的入水口与超滤系统50的产水出口相连通，SWRO装置61的浓水出口与HPRO装置62的入水口相连通，HPRO装置62的浓水出口与蒸发装置的入水口相连通。
产水回用池90与SWRO装置61和HPRO装置62的透过液排出口连通，用于收集SWRO装置61和HPRO装置62的透过液。
采用上述零排放系统处理钠离子电池正极材料洗水的工艺步骤如下：
1)钠离子电池正极材料洗水首先经过调节池10均质化处理，进行均匀混合，减小水质波动，以维持废水水质的稳定性；
2)调节池10的废水进入混凝沉淀池20，从Ca(OH)2加药口投加Ca(OH)2，调节pH至10-11.5，以使废水中的草酸根与Ca2+反应起到去除目的；
3)混凝沉淀池20底部污泥为草酸钙，进入污泥浓缩池80进行压滤干燥，包装外售；
4)混凝沉淀池20出水进入软化沉淀池30，从碳酸盐加药口投加Na2CO3，以使废水中的钙离子与碳酸根反应起到去除目的；
5)软化沉淀池30底部污泥为碳酸钙，进入污泥浓缩池80进行压滤干燥，包装外售；
6)软化沉淀池30出水依次进入砂滤装置40去除部分悬浮物，出水经过加硫酸调节pH至8.00～9.00后进入超滤系统50，再去除大部分悬浮物；
7)超滤系统50出水进入SWRO装置61进行浓缩减量化处理；
8)SWRO装置61浓缩液进入HPRO装置62进行进一步浓缩处理，两段反渗透系统产水排放至产水回用池90，混合后达标回用于生产；HPRO装置62浓缩液进入蒸发处理系统70进行蒸发处理，获得结晶。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种钠离子电池正极材料洗水的零排放系统，其特征在于，沿水处理方向包括依次连通的调节池(10)、混凝沉淀池(20)、软化沉淀池(30)、砂滤装置(40)、超滤系统(50)、反渗透系统(60)和蒸发处理系统(70)；
所述调节池(10)内设置均质处理装置，用于维持池内水质稳定；
所述混凝沉淀池(20)用于去除钠离子电池正极材料洗水中的草酸；沿水处理方向，所述混凝沉淀池(20)依次设置第一反应区(21)、絮凝区(22)和第一沉淀区(23)；所述第一反应区(21)上设置氢氧化钙加药口，絮凝区(22)上设置絮凝剂加药口；
所述软化沉淀池(30)用于去除钠离子电池正极材料洗水中的钙离子；沿水处理方向，所述软化沉淀池(30)依次设置第二反应区(31)和第二沉淀区(32)；所述第二反应区(31)上设置碳酸盐加药口，碳酸盐加药口用于投加Na2CO3或K2CO3。
2.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，所述第一反应区(21)内设置搅拌装置和曝气装置；
所述第一沉淀区(23)设置沉淀斜板或者沉淀斜管，用于提高草酸钙的沉淀速率。
3.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，还包括污泥浓缩池(80)；
所述污泥浓缩池(80)与所述第一沉淀区(23)的污泥排出口连通，用于压滤干燥第一沉淀区(23)的污泥，回收草酸钙；
所述污泥浓缩池(80)设置压滤液排出口，污泥浓缩池(80)的压滤液排出口与所述调节池(10)连通，用于将压滤液回流至调节池(10)。
4.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，所述第二反应区(31)内设置搅拌装置和曝气装置；
所述絮凝区(22)内设置搅拌装置和曝气装置；
所述第二沉淀区(32)设置沉淀斜板或者沉淀斜管，用于提高碳酸钙的沉淀速率。
5.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，还包括污泥浓缩池(80)；
所述污泥浓缩池(80)与所述第二沉淀区(32)的污泥排出口连通，用于压滤干燥第二沉淀区(32)的污泥，回收碳酸钙；
所述污泥浓缩池(80)设置压滤液排出口，污泥浓缩池(80)的压滤液排出口与所述调节池(10)连通，用于将压滤液回流至调节池(10)。
6.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，所述砂滤装置(40)内的滤料为石英砂或石榴石；
所述滤料的粒径为0.5-1.2mm。
7.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，所述砂滤装置(40)设置反洗管路，用于砂滤装置(40)的反洗。
8.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，所述砂滤装置(40)的产水管路或超滤系统(50)的产水管路上还设置有硫酸加药口，用于调节砂滤产水或超滤产水的pH。
9.根据权利要求1所述的零排放系统，其特征在于，所述反渗透系统(60)包括SWRO装置(61)和HPRO装置(62)；
所述SWRO装置(61)的入水口与超滤系统(50)的产水出口相连通，所述SWRO装置(61)的浓水出口与HPRO装置(62)的入水口相连通，所述HPRO装置(62)的浓水出口与蒸发装置的入水口相连通。
10.根据权利要求9所述的零排放系统，其特征在于，还包括产水回用池(90)；
所述产水回用池(90)与SWRO装置(61)和HPRO装置(62)的透过液排出口连通，用于收集SWRO装置(61)和HPRO装置(62)的透过液。
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