一种磷酸铁废水零排放处理以及铵盐回收的装置的制作方法

本发明属于磷酸铁废水处理，具体涉及一种磷酸铁废水零排放处理以及铵盐回收的装置。

背景技术：

1、随着新储能材料、移动储能技术和电动汽车的不断发展，对磷酸铁锂正极材料的需求急剧增加。磷酸铁是生产磷酸铁锂的最重要的原材料之一，因此市场对磷酸铁的需求也十分旺盛。电池级磷酸铁的生产原料主要是硝酸铁、氯化铁、硫酸铁，为降低生产成本，钛白粉生产过程产生的副产品硫酸亚铁也成为了生产磷酸铁的重要原料。因此，生产磷酸铁的过程中产生大量的含硫酸根、磷酸根、钠离子等杂质离子的废水，被称为磷酸铁废水，磷酸铁废水直接排放会造成严重环境污染。

2、目前，磷酸铁废水的处理工艺多采用石灰沉淀法、镁盐处理法、膜处理法。其中，石灰沉淀法中需要投加大量的化学品，会产生大量的污泥；镁盐处理法需要消耗大量的镁盐和蒸汽，增加运行成本；膜处理法工艺过程复杂，投资成本高，且简单的反渗透单元往往对于氨氮的截留率不到90％，反渗透膜处理后排放的出水中氨氮和磷达不到排放标准。另外，在资源回收再利用方面，传统磷酸铁废水处理工艺仅回收废水中的部分组分，如：将废水经简单预处理后进行蒸发结晶，获取硫酸铵和磷酸铵的混盐，混盐作为杂盐难以利用，且进入蒸发系统的废水量大，蒸发阶段处理成本高、副产物利用率较低。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种磷酸铁废水零排放处理以及铵盐回收的装置，包括依次连接的预处理单元、膜处理单元和蒸发结晶单元，预处理单元由上至下包括反应室、过滤区和沉淀室，分别用于对磷酸铁废水进行混凝反应、过滤和沉淀处理；

2、所述膜处理单元包括依次串联的若干个膜组件，每个膜组件采用耐酸型复合反渗透膜；

3、所述蒸发结晶单元包括蒸发结晶罐、硫酸铵回收部和磷酸铵回收部，蒸发结晶罐内设有辅助加热装置，硫酸铵回收部和磷酸铵回收部分别连接在蒸发结晶罐底部的两侧，用于分阶段回收硫酸铵和磷酸一铵。

4、本发明的所述磷酸铁废水零排放处理以及铵盐回收的装置，预处理单元利用混凝、过滤对磷酸铁废水进行预处理，然后膜处理单元采用耐酸型的组合功能膜，避免另外投加碱性物质而增加其他杂质离子，提高蒸发结晶所得盐类的纯度；蒸发结晶单元能够分阶段分离并回收硫酸铵和磷酸铵，提高了所得盐类的商用价值。

5、可选的，所述预处理单元的反应室上部设有原水管和加药罐，分别用于向反应室输入磷酸铁废水和絮凝剂；反应室内设有搅拌装置；

6、所述过滤区至少包括上部的石英砂滤层和下部的锰砂滤层。

7、进一步可选的，所述沉淀室的两侧分别连接出杂管和出水管，出杂管设在沉淀室的底部，出杂管连接预处理单元外部的板框式压滤机；出水管设在沉淀室的上部，且连接膜处理单元的第一个膜组件的进水口。

8、可选的，所述膜处理单元的上一个膜组件的浓水出口连接相邻的下一个膜组件的进水口，即上一个膜组件所得的浓水输入下一个膜组件继续进行浓缩处理，直至浓水中的硫酸铵和磷酸铵浓度达到100000-120000mg/l，再输入蒸发结晶单元；最后一个膜组件的浓水出口连接蒸发结晶罐的进水管。

9、可选的，若干个膜组件的产水出口并联后经淡水管分别连接所述沉淀室和布水冲洗管，若预处理单元整体为圆柱形，淡水管的出水沿沉淀室的切线方向进入沉淀室，在离心力作用下形成旋转水流，冲刷沉淀室内壁和底面积累的污泥；

10、布水冲洗管设在过滤区的下方，布水冲洗管为螺旋状盘管，均匀布设在过滤区的水流横截面上，布水冲洗管的喷水孔竖直向上，将淡水管输入的淡水向下喷出，反向冲洗过滤区。

11、可选的，所述蒸发结晶罐由上至下包括蒸发结晶区和冷凝结晶区，蒸发结晶区与冷凝结晶区以集水板相互分隔，蒸发结晶区内设有辅助加热装置，冷凝结晶区由上至下包括第一冷凝装置、第二冷凝装置和接水盘；

12、第一冷凝装置连接磷酸铵回收部，第二冷凝装置连接硫酸铵回收部，接水盘上设有吸附材料。

13、任选的，所述辅助加热装置包括若干组加热对板，若干组加热对板均匀设在蒸发结晶罐的竖直方向上；

14、每组加热对板包括两个加热板，两个加热板一个在上、一个在下，相对设置且均为倾斜向下的；两个加热板的固定端分别连接蒸发结晶罐的相对的两侧内壁，两个加热板的悬空端向彼此延伸，形成左右交错的形态。

15、任选的，所述辅助加热装置包括转轴以及均匀布设在转轴上的若干个旋转加热组，转轴连接蒸发结晶罐上方的转动电机，旋转加热组包括两个l型的加热槽，加热槽为凹陷的槽状，包括底板和两侧竖直的侧板，底板内部设有加热部件，加热流经加热槽内的浓水；加热槽整体为倾斜向下的，且始端高于末端，末端与始端呈90°角；

16、两个加热槽的始端分别靠近蒸发结晶区的相对的两侧侧面，两个加热槽的末端分别靠近蒸发结晶区的相对的另外两侧侧面。

17、可选的，所述第一冷凝装置包括第一过滤槽和第一冷凝槽，第一过滤槽与第一冷凝槽的形状适配，使得第一过滤槽能贴合第一冷凝槽的内壁设置；

18、第一过滤槽为网状，组成第一过滤槽的网线是中空的，用于通入冷却水，冷却第一冷凝装置内承接的溶液，使得磷酸铵进一步结晶析出；

19、第一冷凝槽的底部设有可控制开口，用于将第一冷凝槽内的溶液输入第二冷凝装置。

20、可选的，所述第二冷凝装置包括第二过滤槽和第二冷凝槽，第二过滤槽与第二冷凝槽的形状适配，使得第二过滤槽能贴合第二冷凝槽的内壁设置；

21、第二过滤槽为网状，组成第二过滤槽的网线是中空的，用于通入冷却水，冷却第二冷凝装置内承接的溶液，使得硫酸铵进一步结晶析出；

22、第二冷凝槽的底部设有可控制开口，用于将第二冷凝槽内的溶液输入接水盘。

23、可选的，所述磷酸铵回收部包括第一离心机和磷酸铵饱和液罐，磷酸铵饱和液罐的出口通过第一进料管连接第一冷凝装置；第一离心机通过第一出料管连接第一冷凝装置，将磷酸铵饱和液连带磷酸铵晶体输入第一离心机。

24、可选的，所述硫酸铵回收部包括第二离心机和硫酸铵饱和液罐，硫酸铵饱和液罐的出口通过第二进料管连接第二冷凝装置；第二离心机通过第二出料管连接第二冷凝装置，将硫酸铵饱和液连带硫酸铵晶体输入第二离心机。

25、进一步可选的，所述膜组件4的膜材料为高通量耐酸型复合反渗透膜，其制备方法包括以下步骤：

26、(1)将聚砜多孔支撑膜浸入含有芳香聚酰胺类物质的第一处理溶液中，再添加表面修饰剂，在氮气氛围中80-100℃下，加热100-300min，反应完后取出并烘干，得到高分子脱盐层；

27、(2)配置含有水溶性高分子材料的第二处理溶液，将步骤(1)得到的高分子脱盐层浸泡在所述处理溶液中，再置于烘箱中40-60℃处理1-2h；

28、(3)将步骤(2)得到的膜材料烘干，再用甲醇溶液冲洗3-4次，再次烘干后得到所述高通量耐酸型复合反渗透膜。

29、进一步可选的，步骤(1)中，所述芳香聚酰胺类物质选自聚苯甲酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺中的一种，第一处理溶液的浓度为0.01-1wt％，所述表面修饰剂为双十八烷基二硫代磷酸盐(ddp)。

30、进一步可选的，步骤(2)中，所述水溶性高分子材料具有酰胺结构单元，酰胺结构单元选自聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基己内酰胺、聚乙烯基戊内酰胺中的一种，第二处理溶液的浓度为0.5-5wt％。

31、进一步可选的，步骤(3)中，所述甲醇溶液的浓度为80-85wt％；步骤(1)和(3)的烘干环节均为30-40℃，烘干2-4h。