一种三元前驱体废水电解处理系统及其处理方法与流程

本发明涉及工业废水处理技术领域，尤其涉及一种三元前驱体废水电解处理系统及其处理方法。

背景技术：

三元锂电池是使用最为广泛的聚合物电池，其正极材料为镍钴锰酸锂。在三元锂电池正极材料的生产过程中，会产生大量含有nh4⁺离子、so4^2-离子、na⁺离子以及重金属镍钴的工业废水，且工业废水呈碱性，将工业废水直接排放会严重污染环境。

目前，针对这种工业废水，常用的处理工艺为多相临界膜除氨氮-旋流电解除重金属-机械式蒸汽再压缩(mechanicalvaporrecompression，mvr)蒸发结晶成盐。

随着三元锂电池的市场容量不断扩大，工业废水的处理量也逐渐增大，导致结晶盐供过于求，使得处理效益减少。此外，现有的处理工艺的先期投入成本高，后续的运行及维护成本较高，导致企业面临无法回收成本的问题。

因此，亟需一种能够降低投入及运行成本，实现资源循环利用的工业废水处理工艺。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种三元前驱体废水电解处理系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种三元前驱体废水电解处理系统，用于电解处理含有硫酸钠或硫酸锂的废水，包括：

一废水单元，所述废水单元用于对废水进行处理；

一电解单元，所述电解单元与所述废水单元连接，所述电解单元为双极膜电解单元，所述电解单元用于电解所述废水产生酸液和碱液；

一电源单元，所述电源单元与所述电解单元连接，所述电源单元向所述电解单元提供直流电源；

一酸液暂存单元，所述酸液暂存单元与所述电解单元连接，所述酸液暂存单元用于储存所述电解单元电解所述废水产生的所述酸液以及向外输送所述酸液；

一碱液暂存单元，所述碱液暂存单元与所述电解单元连接，所述碱液暂存单元用于储存所述电解单元电解所述废水产生的所述碱液以及向外输送所述碱液；

一酸液循环单元，所述酸液循环单元分别与所述酸液暂存单元和所述电解单元连接，所述酸液循环单元用于将所述酸液暂存单元储存的所述酸液输送至所述电解单元进行电解；

一碱液循环单元，所述碱液循环单元分别与所述碱液暂存单元和所述电解单元连接，所述碱液循环单元用于将所述碱液暂存单元储存的所述碱液输送至所述电解单元进行电解。

优选地，所述电解单元包括：

一阳极，所述阳极与所述电源单元的正极连接；

一阴极，所述阴极与所述电源单元的负极连接；

一膜单元，所述膜单元设置在所述阳极与所述阴极之间，所述膜单元包括n+1个双极膜、n个阳离子交换膜和n个阴离子交换膜；

从所述阴极开始，所述膜单元内的膜排列顺序为：第一个所述双极膜、第一个所述阳离子交换膜、第一个所述阴离子交换膜、第二个所述双极膜、第二个所述阳离子交换膜、第二个所述阴离子交换膜、第三个所述双极膜、……、第n个所述双极膜、第n个所述阳离子交换膜、第n个所述阴离子交换膜和第n+1个所述双极膜；

其中，n为大于或等于1的正整数。

优选地，所述膜单元还包括：

3n个隔板；

从所述阴极开始，所述膜单元内的膜排列顺序为：第一个所述双极膜、第一个所述隔板、第一个所述阳离子交换膜、第二个所述隔板、第一个所述阴离子交换膜、第三个所述隔板、第二个所述双极膜、第四个所述隔板、第二个所述阳离子交换膜、第五个所述隔板、第二个所述阴离子交换膜、第六个所述隔板、第三个所述双极膜、……、第n个所述双极膜、第3n-2个所述隔板、第n个所述阳离子交换膜、第3n-1个所述隔板、第n个所述阴离子交换膜、第3n个所述隔板和第n+1个所述双极膜。

优选地，所述废水单元包括：

一废水暂存单元，所述废水暂存单元与所述母液单元连接，所述废水暂存单元用于暂时储存所述母液单元处理后的所述废水；

一沉淀单元，所述沉淀单元与所述废水暂存单元连接，所述废水暂存单元输送的所述废水在所述沉淀单元进行沉淀处理；

一吸附单元，所述吸附单元与所述沉淀单元连接，所述沉淀单元处理后的所述废水在所述吸附单元进行吸附处理；

一过滤单元，所述过滤单元与所述吸附单元连接，所述吸附单元处理后的所述废水在所述过滤单元进行过滤处理；

一进料单元，所述进料单元分别与所述过滤单元和所述电解单元连接，所述进料单元用于将所述过滤单元过滤处理后的所述废水输送至所述电解单元进行电解处理。

优选地，还包括：

一极液单元，所述极液单元与所述电解单元连接，所述极液单元用于向所述电解单元输送极液。

优选地，还包括：

一换热单元，所述换热单元与所述电解单元连接，所述换热单元用于冷却所述电解单元。

还提供一种三元前驱体废水电解处理方法。

一种三元前驱体废水电解处理方法，用于电解处理含有硫酸钠或硫酸锂的废水，包括以下步骤：

步骤1、一废水单元对所述废水进行处理；

步骤2、所述废水单元将处理后的所述废水输送至一电解单元；

步骤3、所述电解单元在直流电源作用下电解所述废水，并分别向一酸液暂存单元输送酸液以及向一碱液暂存单元输送碱液；

步骤4、若所述酸液和/或所述碱液的浓度低于设定的阈值，所述酸液暂存单元将所述酸液输送至所述电解单元进行电解和/或所述碱液暂存单元将所述碱液输送至所述电解单元进行电解；

其中，所述电解单元为双极膜电解单元。

优选地，在所述步骤3中，一极液单元向所述电解单元输送极液。

优选地，在所述步骤3中，使用一换热单元对所述电解单元进行冷却。

优选地，在所述步骤1中，所述废水单元对所述废水依次进行沉淀处理、吸附处理以及过滤处理。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的一种三元前驱体废水电解处理系统及其处理方法，通过双极膜电解单元，将含有高浓度硫酸钠或硫酸锂溶液电解产生稀酸液、稀碱液和稀硫酸钠或稀硫酸锂溶液，并将稀酸液和稀碱液回收使用，减少了浓酸液和浓碱液的消耗量，实现资源的循环使用；能够根据废水处理量，对双极膜电解单元内的双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜的数量进行设置，实现个性化定制，减少了投入成本和运行维护成本；减少了如蒸汽、仪表气、循环水等的消耗，进一步降低运行成本。

附图说明

图1是本发明的一个示意性实施例的框架图。

图2是本发明的一个示意性实施例的电解单元的示意图。

图3是本发明的一个优选实施例的框架图。

其中的附图标记为：电解单元1；电源单元2；酸液暂存单元3；碱液暂存单元4；酸液循环单元5；碱液循环单元6；废水暂存单元7；沉淀单元8；吸附单元9；过滤单元10；进料单元11；极液单元12；换热单元13；洗水ph调节单元14；洗水物理处理单元15；洗水反渗透单元16；洗水脱氨单元17；母液ph调节单元18；母液物理处理单元19；母液脱氨单元20；母液除重金属单元21；阳极101；阴极102；双极膜103；阳离子交换膜104；阴离子交换膜105；隔板106。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

本发明的一个示意性实施例，如图1所示，一种三元前驱体废水电解处理系统，用于电解处理含有硫酸钠或硫酸锂的工业废水，包括：电解单元1、电源单元2、酸液暂存单元3、碱液暂存单元4、酸液循环单元5、碱液循环单元6、废水单元、极液单元12和换热单元13；电解单元1分别与电源单元2、酸液暂存单元3、碱液暂存单元4、废水单元、极液单元12和换热单元13通过管道连接，酸液循环单元5分别与电解单元1和酸液暂存单元3通过管道连接，碱液循环单元6分别与电解单元1和碱液暂存单元4通过管道连接。

如图2所示，电解单元1为双极膜电解单元，包括阳极101、阴极102、膜单元，阳极101和阴极102分别设置在电解单元1的两侧，膜单元设置在阳极101与阴极102之间，阳极101与电源单元2的正极连接，阴极102与电源单元2的负极连接。

膜单元包括若干个双极膜103、若干个阳离子交换膜104、若干个阴离子交换膜105和若干个隔板106，隔板106用于将双极膜103与阳离子交换膜104间隔、阳离子交换膜104与阴离子交换膜105间隔以及阴离子交换膜105与双极膜103间隔。

进一步地，双极膜103的数量为n+1个，阳离子交换膜104的数量为n个、阴离子交换膜105的数量为n个，隔板106的数量为3n个，其中，n为大于或等于1的正整数。

从电解单元1的阴极102开始，膜单元内的排列顺序为：第一个双极膜103、第一个隔板106、第一个阳离子交换膜104、第二个隔板106、第一个阴离子交换膜105、第三个隔板106、第二个双极膜103、第四个隔板106、第二个阳离子交换膜104、第五个隔板106、第二个阴离子交换膜105、第六个隔板106、第三个双极膜103、……、第i个双极膜103、第3i-2个隔板106、第i个阳离子交换膜104、第3i-1个隔板106、第i个阴离子交换膜105、第3i个隔板106、第i+1个双极膜103、……、第n个双极膜103、第3n-2个隔板106、第n个阳离子交换膜104、第3n-1个隔板106、第n个阴离子交换膜105、第3n个隔板106、第n+1个双极膜103，其中，1≤i≤n。

进一步地，阳极101和阴极102均以钛作为基材，并在钛的表面涂有一层钌。

进一步地，阳极101、膜单元和阴极102之间通过夹紧装置进行连接，使阳极101、膜单元和阴极102形成一个整体，避免出现泄漏。

电源单元2为直流电源，其正极与电解单元1的阳极101连接，其负极与电解单元1的阴极102连接，用于给电解单元1提供稳定的直流电源。

酸液暂存单元3与电解单元1通过管道连接，用于暂时性地存储电解单元1电解废水产生的酸液(稀h2so4溶液)。在酸液暂存单元3内设置有浓度检测装置，用于检测酸液暂存单元3内的酸液浓度。在酸液浓度达到预设阈值时，酸液暂存单元3向外输送酸液。

进一步地，在酸液暂存单元3与电解单元1之间的管道上设置有隔膜阀或气动阀或电磁阀及电磁流量计，用于检测电解单元1输送的酸液流量。

进一步地，在本实施例中，酸液暂存单元3为储液罐。

酸液循环单元5分别与电解单元1、酸液暂存单元3通过管道连接，用于在酸液暂存单元3内的酸液浓度未达到预设阈值时，将酸液暂存单元3内的酸液输送至电解单元1再次进行电解。

进一步地，设定的酸液浓度的阈值为8％。

进一步地，在本实施例中，酸液循环单元5为输送泵。

碱液暂存单元4与电解单元1通过管道连接，用于暂时性地存储电解单元1电解废水产生的碱液(稀naoh溶液)。在碱液暂存单元4内设置有浓度检测装置，用于检测碱液暂存单元4内的碱液浓度。在碱液浓度达到预设阈值时，碱液暂存单元4向外输送碱液。

进一步地，在碱液暂存单元4与电解单元1之间的管道上设置有隔膜阀或气动阀或电磁阀及电磁流量计，用于检测电解单元1输送的碱液流量。

进一步地，设定的碱液浓度的阈值为8％。

进一步地，在本实施例中，碱液暂存单元4为储液罐。

碱液循环单元6分别与电解单元1、碱液暂存单元4通过管道连接，用于在碱液暂存单元4内的碱液浓度未达到预设阈值时，将碱液暂存单元4内的碱液输送至电解单元1再次进行电解。

进一步地，在本实施例中，碱液循环单元6为输送泵。

废水单元包括废水暂存单元7、沉淀单元8、吸附单元9、过滤单元10和进料单元11，其中，废水暂存单元7、沉淀单元9、吸附单元9、过滤单元10和进料单元11依次通过管道连接，进料单元11与电解单元1通过管道连接。

废水暂存单元7用于暂时性存储废水，并将存储的废水输送至沉淀单元8；废水在沉淀单元8内进行固体颗粒或杂质沉淀后，由沉淀单元8将废水输送至吸附单元9；废水在吸附单元9内进行絮凝沉淀后，由吸附单元9将废水输送至过滤单元10；废水在过滤单元10内进行过滤后，由过滤单元10将废水输送至进料单元11进行存储；进料单元11将经过一系列处理后的废水输送至电解单元1进行电解。

进一步地，进料单元11设置有浓度检测装置，用于检测进料单元11储存的废水浓度，当废水浓度达到预设阈值时，进料单元11将废水输送至电解单元1进行电解。

进一步地，设定的废水浓度的阈值为10％。

在本实施例中，废水暂存单元7与沉淀单元8之间的管道上设置有输送泵，沉淀单元8与吸附单元9之间的管道上设置有输送泵，吸附单元9与过滤单元10之间的管道上设置有输送泵，过滤单元10与进料单元11之间的管道上设置有输送泵，进料单元11与电解单元1之间的管道上设置有输送泵。

极液单元12与电解单元1通过管道连接，用于向电解单元1输送一定浓度的极液，以在电解单元1进行初始电解时提供导电性能。

进一步地，极液单元12与电解单元1形成一个循环回路，电解单元1电解废水后会产生含有一定浓度的硫酸钠溶液或硫酸锂溶液，电解单元1将硫酸钠溶液或硫酸锂溶液输送至极液单元12进行存储，以供后续使用。

进一步地，电解单元1输出的硫酸钠溶液或硫酸锂溶液的浓度为2％～3％。

进一步地，在极液单元12向电解单元1输送的管道上设置有输送泵，在电解单元1向极液单元12输送的管道上设置有隔膜阀或气动阀或电磁阀及电磁流量计，用于检测电解单元1输送的极液流量。

换热单元13与电解单元1连接，用于在电解单元1电解废水时，对电解单元1的阳极101和阴极102进行冷却。

进一步地，换热单元13为循环水冷却装置，换热单元13分别设置在电解单元1的阳极101和阴极102所处的阳极室和阴极室中，每个换热单元13与废水暂存单元7通过管道进行连接。废水暂存单元7内低温废水通过进水管道进入换热单元13换热变成高温废水，高温废水从换热单元13通过出水管道再进入废水暂存单元7。

本发明的三元前驱体废水电解处理系统的处理方法如下：

步骤1、废水单元对废水进行处理

废水依次在废水单元内的沉淀单元7、吸附单元8、过滤单元9进行沉淀处理、吸附处理和过滤处理后，在进料单元10存储以待后续步骤。

步骤2、废水单元将处理后的废水输送至电解单元

废水单元的进料单元10通过输送泵将废水输送至电解单元1。

步骤3、电解单元在直流电源的作用下对废水进行电解，并分别向酸液暂存单元输送酸液以及向碱液输送单元输送碱液

电解单元1为双极膜电解单元，电解单元1在电源单元2输出的直流电源的作用下，对进料单元10输送的废水进行电解产生酸液和碱液。

在电解单元1初始电解时，极液单元12向电解单元1输送一定量的极液，以提供初始导电性。

电解单元1将电解除废水产生的酸液向酸液暂存单元3输送，将电解废水产生的碱液向碱液暂存单元4输送，以及将电解废水产生的硫酸钠或硫酸锂溶液向极液单元12输送。

步骤4、若酸液浓度低于设定的阈值，酸液暂存单元将酸液输送至电解单元进行电解，若碱液浓度低于设定的阈值，碱液暂存单元将碱液输送至电解单元进行电解

酸液暂存单元3内设置有酸液浓度检测装置，用于检测酸液暂存单元3内的酸液浓度，当酸液浓度没有达到预设的阈值时，酸液循环单元5将酸液暂存单元3内的酸液输送至电解单元1进行再次电解，电解单元1将再次电解后的酸液输送至酸液暂存单元，不断重复上述操作，直至酸液浓度达到阈值。

同样的，碱液暂存单元4内设置有碱液浓度检测装置，用于检测碱液暂存单元4内的碱液浓度，当碱液浓度没有达到预设的阈值时，碱液循环单元6将碱液暂存单元4内的碱液输送至电解单元1进行再次电解，电解单元1将再次点节后的碱液输送至碱液暂存单元，不断重复上述操作，直至碱液浓度达到阈值。

实施例2

本实施例为本发明的一个优选实施例，本实施例与实施例1的区别在于：还包括洗水处理单元和母液处理单元。

如图3所示，一种三元前驱体废水电解处理系统，用于电解处理含有硫酸钠或硫酸锂的工业废水，包括：电解单元1、电源单元2、酸液暂存单元3、碱液暂存单元4、酸液循环单元5、碱液循环单元6、废水单元、极液单元12、换热单元13、洗水单元和母液单元；电解单元1分别与电源单元2、酸液暂存单元3、碱液暂存单元4、废水单元、极液单元12和换热单元13通过管道连接，酸液循环单元5分别与电解单元1和酸液暂存单元3通过管道连接，碱液循环单元6分别与电解单元1和碱液暂存单元4通过管道连接，洗水处理单元分别与酸液暂存单元3和母液处理单元通过管道连接，母液处理单元分别与洗水处理单元、碱液暂存单元4和废水单元通过管道连接。

对于电解单元1、电源单元2、酸液暂存单元3、碱液暂存单元4、酸液循环单元5、碱液循环单元6、废水单元、极液单元12和换热单元13，其连接方式如实施例1，在此不再赘述。

洗水单元包括洗水ph调节单元14、洗水物理处理单元15、洗水反渗透单元16和洗水脱氨单元17，洗水ph调节单元14、洗水物理处理单元15、洗水反渗透单元16和洗水脱氨单元17依次通过管道连接。

洗水ph调节单元14与酸液暂存单元3通过管道连接，酸液暂存单元3向洗水ph调节单元14输送浓度8％的酸液，洗水在洗水ph调节单元14内进行ph调节，以使洗水的ph由碱性变成中性。

洗水物理处理单元15与洗水ph调节单元14通过管道连接，用于对调节ph后的洗水依次进行沉淀、过滤、超滤处理，以除去洗水内的悬浮颗粒杂质。

洗水反渗透单元16与洗水物理处理单元15通过管道连接，使用反渗透膜(ro膜)对经物理处理后的洗水进行浓缩，部分滤液可以回收使用，部分滤液继续进行下一步骤处理。

洗水脱氨单元17与洗水反渗透单元16通过管道连接，使用脱氨树脂对浓缩后的洗水进行处理，以除去浓缩后的洗水中的氨根离子。

在洗水单元中，各单元之间的连接的管道上均设置有输送泵、流量计。

母液单元包括母液ph调节单元18、母液物理处理单元19、母液脱氨单元20、母液除重金属单元21，母液ph调节单元18、母液物理处理单元19、母液脱氨单元20、母液除重金属单元21依次通过管道连接。

母液ph调节单元18分别与碱液暂存单元4和洗水脱氨单元17通过管道连接，经洗水脱氨单元17进行脱氨处理后的洗水与母液在母液ph调节单元18内进行混合得到废水，碱液暂存单元4向母液ph调节单元18输送浓度8％的碱液，废水在母液ph调节单元18内进行ph调节，以使废水的ph由碱性变成中性。

母液物理处理单元19与母液ph调节单元18通过管道连接，用于对调节ph后的废水依次进行沉淀、过滤、超滤处理，以除去废水内的悬浮颗粒杂质。

母液脱氨单元20与母液物理处理单元19通过管道连接，使用多相临界膜对进行物理处理后的废水进行处理，以除去废水中的氨根离子。

母液除重金属单元21分别与母液脱氨单元20和废水暂存单元7通过管道连接，通过旋流电解法对脱氨处理后的废水进行处理以除去废水中的重金属离子，将除去重金属离子的废水输送至废水暂存单元7。

进一步地，经母液除重金属单元21处理后，废水的ca²⁺、mg²⁺的含量为0，且其他重金属的含量小于1ppm。

在母液单元中，各单元之间的连接的管道上均设置有输送泵、流量计。

本实施例的三元前驱体废水电解处理系统的处理方法与实施例1基本相同，区别在于：在进行步骤1之前的废水的处理步骤。

步骤s1、洗水单元对洗水进行处理

洗水依次在洗水单元内的洗水ph调节单元14、洗水物理处理单元15、洗水反渗透单元16和洗水脱氨单元17进行ph调节、物理处理(沉淀、过滤、超滤)、反渗透浓缩和脱氨处理后，输送至母液单元。

步骤s2、母液单元对洗水和母液混合的废水进行处理

母液与经洗水单元处理后的洗水混合后依次在母液单元内的母液ph调节单元18、母液物理处理单元19、母液脱氨单元20、母液除重金属单元21进行ph调节、物理处理(沉淀、过滤、超滤)、脱氨处理和除重金属处理后，输送至废水单元。

步骤1～步骤4同实施例1，在此不再赘述。

进一步地，在步骤4中，还包括：

当酸液浓度达到预设的阈值时，酸液暂存单元3将酸液输送至洗水单元的洗水ph调节单元14，将酸液进行回收使用。

同样的，当碱液浓度达到预设的阈值时，碱液暂存单元4将碱液输送至母液单元的母液ph调节单元18，将碱液进行回收使用。

本实施例的优点在于，通过对废水进行前处理，回收使用电解单元产生的酸液和碱液，减少了浓酸液和浓碱液的使用，降低的运行成本；对废水进行除重金属处理后，在电解废水时，不会在电解单元的各膜的表面产生结垢，提高了电解单元的使用寿命。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。