三元動力電池材料前驅(qū)體(簡稱“三元前驅(qū)體”)的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水水質(zhì)復(fù)雜，處理難度大。采用傳統(tǒng)工藝處理時成本高、效果差。筆者采用汽提+反滲透膜+MVR工藝處理該類廢水，對其可行性及優(yōu)點進行介紹。
1、三元前驅(qū)體廢水傳統(tǒng)處理工藝
1.1 三元前驅(qū)體廢水性質(zhì)
三元前驅(qū)體通常由三元液(硫酸鎳、鈷、錳的混合溶液)、液堿與氨水在一定條件下液相合成，再經(jīng)陳化、固液分離、流水洗滌、干燥、過篩、除鐵、包裝等工序制成成品。固液分離和流水洗滌環(huán)節(jié)分別產(chǎn)生母液和洗滌水，其中三元前驅(qū)體的母液pH為12～13，金屬離子(Co2++Ni2++Mn2+)質(zhì)量濃度約100mg/L，氨氮約5～10g/L，硫酸鈉約100～150g/L;洗滌水pH為6～8，金屬離子(Co2++Ni2++Mn2+)質(zhì)量濃度約20mg/L，氨氮約1～2g/L，硫酸鈉約10～15g/L。每生產(chǎn)1t三元前驅(qū)體約產(chǎn)生15m3母液、約10m3洗滌水，水量較大。母液和洗滌水的水質(zhì)基本相同，但濃度差異較大，導(dǎo)致處理工藝難度大、成本高、效果差。
1.2 傳統(tǒng)處理工藝
1.2.1 汽提+冷凍結(jié)晶工藝
將母液和洗滌水混合均勻后，采用汽提工藝處理，回收氨水循環(huán)利用，重金屬(Co2++Ni2++Mn2+)生成氫氧化物〔Co(OH)2+Ni(OH)2+Mn(OH)2〕，汽提排水經(jīng)調(diào)節(jié)pH后，用冷凍結(jié)晶工藝回收硫酸鈉。該工藝流程簡單，但洗滌水與母液混合后廢水中的氨氮降低，影響了汽提回收氨氮的效率，同時需要增大汽提的設(shè)計處理能力，汽提的投資和運行成本增加。采用冷凍結(jié)晶工藝時，硫酸鈉的去除率約為50%，排水中鹽分約為50g/L，難以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2.2 汽提+傳統(tǒng)脫氨+冷凍結(jié)晶工藝
該工藝將母液與洗滌水分開處理。母液用汽提工藝除氨氮后，采用冷凍結(jié)晶工藝除硫酸鈉。洗滌水采用生化法、吹脫法、折點加氯法和化學(xué)沉淀法等傳統(tǒng)氨氮廢水處理工藝處置。但采用生物法處理時占地面積大，且洗滌水中的高濃度鹽分會對微生物產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致處理效率降低;采用吹脫法、折點加氯和化學(xué)沉淀法存在處理效果差、費用高、產(chǎn)生二次污染等問題。傳統(tǒng)工藝已不能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
采用傳統(tǒng)處理工藝存在處理效率低，運行費用高、硫酸鈉回收率低，排水鹽分高、存在二次污染等問題，因此迫切需要采用新工藝處理三元前驅(qū)體廢水。
2、汽提+反滲透膜+MVR組合工藝介紹
2.1 工藝流程
該方案整體工藝流程如圖1所示。
由圖1可知，母液和洗滌水分開進行收集與處理。母液采用汽提系統(tǒng)處理，在進汽提塔前預(yù)調(diào)節(jié)pH≥12(一般母液的原始pH為12～13，滿足進水要求)，使氨以游離狀態(tài)存在于水中，再送入汽提精餾塔，在塔釜通入蒸汽將氨氣從水中蒸出來，氨氣在塔頂換熱冷卻后冷凝成20%的氨水回用，蒸氨后的液體(氨氮<15mg/L，鈷、鎳、錳等重金屬在堿性條件下已自然沉淀)再送入過濾裝置固液分離回收重金屬，固液分離后的廢水經(jīng)調(diào)節(jié)pH至中性后，送MVR系統(tǒng)蒸發(fā)。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，建設(shè)多套汽提裝置，以1套2500m3/d汽提裝置為例，因三元前驅(qū)體廢水中的氯離子<10mg/L，設(shè)備材質(zhì)以316不銹鋼為主，主要設(shè)備材質(zhì)見表1。汽提實際運行成本約為10元/m3，主要成本是蒸汽和電。
機械蒸汽再壓縮(MVR)是將蒸發(fā)過程的二次蒸汽用壓縮機進行壓縮，提高其溫度、壓力，重新作為熱源加熱蒸發(fā)物料，消耗少量電能即可循環(huán)利用蒸汽，減少外部蒸汽用量，是一種高效節(jié)能的蒸發(fā)工藝。脫氨廢水進入MVR后，可將全部廢水變?yōu)檎麴s水，返回生產(chǎn)車間作為洗滌水;蒸發(fā)回收的硫酸鹽作為工業(yè)副產(chǎn)品，生產(chǎn)經(jīng)濟效益。以其中1套2500m3/dMVR設(shè)備為例，其參數(shù)如表2所示。因進水中氯離子<10mg/L，其材質(zhì)以316L不銹鋼為主，設(shè)備運行成本約16元/m3，主要成本為電和蒸汽。
洗滌水采用多級反滲透膜技術(shù)進行處理，先調(diào)節(jié)pH至5～6，送超濾裝置去除少量懸浮物，再送多級RO反滲透膜系統(tǒng)，膜產(chǎn)濃水性質(zhì)類似母液，合并至母液進汽提裝置處理，膜產(chǎn)滲透液已達(dá)標(biāo)，各項指標(biāo)接近純水，可作為產(chǎn)品洗滌水回用于生產(chǎn)。以實際生產(chǎn)運行的5000m3/d反滲透膜系統(tǒng)為例，設(shè)備主要參數(shù)見表3，其運行成本約9元/m3，主要成本是電。
2.2 工藝效果
經(jīng)一段時間的連續(xù)跟蹤檢測，該項目生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品：氨水、元明粉、蒸餾水及膜滲透液均滿足工藝回用要求以及相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可完全回用于生產(chǎn)和銷售，相關(guān)監(jiān)測結(jié)果見表4～表6。
3、汽提+反滲透膜+MVR組合工藝可行性
采用汽提+反滲透膜+MVR組合工藝處理三元前驅(qū)體廢水，可實現(xiàn)廢水中的氨、重金屬的回收及循環(huán)再利用;副產(chǎn)元明粉可作為化工原料外售;副產(chǎn)蒸餾水作為產(chǎn)品洗滌水返回生產(chǎn)工序使用。該工藝路線實現(xiàn)了廢水處理的全量循環(huán)，是典型的循環(huán)經(jīng)濟工藝路線，可變廢為寶，實現(xiàn)資源最大限度的循環(huán)利用，設(shè)計和生產(chǎn)完全符合新時代綠色發(fā)展理念要求。
以2萬t/a三元前驅(qū)體生產(chǎn)規(guī)模為例，按廢水處理全量循環(huán)模式計，母液和洗滌水混合處理與分離處理的成本分析如表7所示。
由表7可見，與母液和洗滌水合并處理的汽提+MVR工藝相比，該組合工藝在前期設(shè)備投資僅多100萬元的情況下，年運行費用可減少730萬元左右，具有明顯的運行成本優(yōu)勢，經(jīng)濟可行，具有推廣使用意義。( >
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