公布日：2023.12.19
申請日：2023.11.06
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N
摘要
本發(fā)明涉及磷酸鐵鋰電池回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置及工藝，包括泵機、進水口、殼體、超濾膜、隔斷、出水口、沉淀機構(gòu)和逆流機構(gòu)；泵機安裝在殼體的一側(cè)，并通過超濾膜將進水口和出水口連通；超濾膜通過隔斷均勻分段；逆流機構(gòu)安裝在超濾膜的側(cè)壁，且與超濾膜側(cè)壁設(shè)置有間隙；沉淀機構(gòu)安裝在逆流機構(gòu)的側(cè)壁；本發(fā)明通過設(shè)置與水動桿同步轉(zhuǎn)動的沉淀機構(gòu)和逆流機構(gòu)，使得金屬顆粒在沉淀過程中，減少在超濾膜表面附著并結(jié)垢的問題，同時通過反復(fù)移動的沉淀機構(gòu)，將磁極與離心結(jié)合，實現(xiàn)金屬顆粒在膜處理過程中的自分離效果，提高超濾膜使用壽命，進一步提高預(yù)處理工藝的效果。
權(quán)利要求書
1.一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，包括泵機(1)、出水口(2)、殼體(3)、超濾膜(4)、隔斷(7)、穿透孔(8)和進水口(9)；所述泵機(1)安裝在殼體(3)的一側(cè)，并通過超濾膜(4)將進水口(9)和出水口(2)連通；超濾膜(4)通過隔斷(7)均勻分段，并通過穿透孔(8)連通相鄰隔斷(7)；其特征在于：還包括沉淀機構(gòu)(6)和逆流機構(gòu)(5)，所述逆流機構(gòu)(5)安裝在超濾膜(4)的側(cè)壁，且與超濾膜(4)側(cè)壁設(shè)置有間隙，進而穿過超濾膜(4)的水流沖擊水動桿(55)，使得水動桿(55)轉(zhuǎn)動并調(diào)換磁極(551)位置；所述沉淀機構(gòu)(6)安裝在逆流機構(gòu)(5)的側(cè)壁，通過水動桿(55)的轉(zhuǎn)動改變磁力推動的方向，使旋轉(zhuǎn)桿(51)轉(zhuǎn)動，進而沉淀機構(gòu)(6)通過限位轉(zhuǎn)塊(61)三角形結(jié)構(gòu)中度數(shù)較小的銳角端限位，并通過閉環(huán)槽(521)的傾斜坡度改變限位轉(zhuǎn)塊(61)角度，帶動集垢環(huán)(63)在雙向槽(52)的限位下旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：逆流機構(gòu)(5)包括旋轉(zhuǎn)桿(51)、雙向槽(52)、弧形葉(53)、減阻軸承(54)和水動桿(55)；所述旋轉(zhuǎn)桿(51)轉(zhuǎn)動連接在相鄰隔斷(7)之間，超濾膜(4)與旋轉(zhuǎn)桿(51)同軸心并固定連接在相鄰隔斷(7)之間，且旋轉(zhuǎn)桿(51)和超濾膜(4)之間設(shè)置有間隙，所述旋轉(zhuǎn)桿(51)側(cè)壁環(huán)形陣列多個溢流口(511)；旋轉(zhuǎn)桿(51)的側(cè)壁設(shè)置有提供限位滑塊滑動的雙向槽(52)，所述弧形葉(53)固定連接在旋轉(zhuǎn)桿(51)的兩端；所述減阻軸承(54)固定連接在旋轉(zhuǎn)桿(51)的兩端，所述水動桿(55)與旋轉(zhuǎn)桿(51)同軸心放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述雙向槽(52)的兩端為閉環(huán)槽(521)，所述閉環(huán)槽(521)設(shè)置有導(dǎo)向限位轉(zhuǎn)塊(61)的傾斜坡度，其中兩個閉環(huán)槽(521)之間設(shè)置有交叉的叉狀槽(522)，且連通兩端的閉環(huán)槽(521)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述水動桿(55)設(shè)置為螺旋形，且兩端設(shè)置為錐形，同時兩端為可與減阻軸承(54)卡接的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述水動桿(55)的內(nèi)部固定連接有磁極(551)，所述旋轉(zhuǎn)桿(51)兩端的側(cè)壁交錯設(shè)置有不同的磁極(551)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述沉淀機構(gòu)(6)包括限位轉(zhuǎn)塊(61)、柱形軸(62)和集垢環(huán)(63)；所述限位轉(zhuǎn)塊(61)設(shè)置為三角形結(jié)構(gòu)，且整體設(shè)置有與雙向槽(52)貼合的彎曲弧度；限位轉(zhuǎn)塊(61)的上端固定連接有與柱形軸(62)轉(zhuǎn)動連接的環(huán)形口(64)；所述集垢環(huán)(63)的內(nèi)壁與柱形軸(62)固定連接，其中柱形軸(62)的轉(zhuǎn)動角度與限位轉(zhuǎn)塊(61)度數(shù)最小的銳角相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述集垢環(huán)(63)設(shè)置為環(huán)形，且集垢環(huán)(63)的側(cè)壁設(shè)置有傾斜的沉淀口(631)，所述沉淀口(631)的傾斜方向與泵機(1)工作時水動桿(55)轉(zhuǎn)動方向相同，所述沉淀口(631)與集垢環(huán)(63)內(nèi)部連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述集垢環(huán)(63)內(nèi)部同軸心轉(zhuǎn)動有槳輪(632)，所述槳輪(632)的側(cè)壁固定連接有隔網(wǎng)(633)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述沉淀口(631)之間設(shè)置有沉淀槽(634)，所述沉淀槽(634)圍繞集垢環(huán)(63)環(huán)形陣列多個并均勻分布在傾斜口之間。
10.一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理工藝，該方法采用權(quán)利要求1到9任意一項所述一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，其特征在于：所述一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理工藝包括以下步驟：S1：將磷酸鐵鋰電池的廢水通過管道系統(tǒng)進行集中收集，隨后將收集到的廢水轉(zhuǎn)移到高效沉淀池中進行藥劑反應(yīng)，以促使金屬沉淀，其中藥劑濃度在1 5％范圍內(nèi)，使得沉淀池內(nèi)產(chǎn)生大量金屬沉淀物；S2：上清液從沉淀池進入陶瓷膜，其中陶瓷膜產(chǎn)水ss≤1ppm；此時啟動泵機(1)，對沉淀池中的水體進行固液分離，此時金屬顆粒物被轉(zhuǎn)動的沉淀機構(gòu)(6)首先收集并進入沉淀槽(634)內(nèi)，隨后穿過的水體通過穿透孔(8)進行固液分離；S3：通過水動桿(55)的螺旋轉(zhuǎn)動，并通過磁場提供旋轉(zhuǎn)桿(51)轉(zhuǎn)動的力，從而使得集垢環(huán)(63)在旋轉(zhuǎn)桿(51)的側(cè)壁反復(fù)移動，進而實現(xiàn)沉淀的反復(fù)收集；S4：隨后向沉淀池內(nèi)投入錳砂和螯合樹脂深度去除溶液中未反應(yīng)完全的鐵、錳、鈣和鎂離子，最后通過反滲透膜或離子交換膜將TDS濃縮到150000mg/L進MVR蒸發(fā)得鹽，其中這個過程設(shè)置壓力范圍在150 250psi；隨后使用熱水來加熱廢水，以減少粘度和提高分離效率，熱水的溫度設(shè)置在50 70攝氏度之間，隨后通過冷卻系統(tǒng)冷卻，以促使磷酸鐵固相物的沉降；S5：將經(jīng)過熱水換熱后的廢水通過超濾膜(4)，再次截留剩余的固相物，通過耐酸RO膜工藝將回用水電導(dǎo)降至10us/cm以下。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：由于在預(yù)處理工藝中，氫氧化鎂材料的溶解度較小，因此它們難以在處理過程中形成沉淀，最終導(dǎo)致了預(yù)處理工藝的效果不佳，并且在沉淀后的超濾膜的使用過程中，由于容易結(jié)垢的鈣、鎂、鐵和錳離子的存在，會導(dǎo)致膜的嚴(yán)重污染，從而大幅縮短了膜的使用壽命。
為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：提供一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理裝置，包括泵機、進水口、殼體、超濾膜、隔斷、出水口、沉淀機構(gòu)和逆流機構(gòu)；所述泵機安裝在殼體的一側(cè)，并通過超濾膜將進水口和出水口連通；超濾膜通過隔斷均勻分段；所述逆流機構(gòu)安裝在超濾膜的側(cè)壁，且與超濾膜側(cè)壁設(shè)置有間隙，進而穿過超濾膜的水流沖擊水動桿，使得水動桿轉(zhuǎn)動并調(diào)換磁極位置；所述沉淀機構(gòu)安裝在逆流機構(gòu)的側(cè)壁，通過水動桿的轉(zhuǎn)動改變磁力推動的方向，使旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動，進而沉淀機構(gòu)通過限位轉(zhuǎn)塊三角形結(jié)構(gòu)中度數(shù)較小的銳角端限位，并通過閉環(huán)槽的傾斜坡度改變限位轉(zhuǎn)塊角度，帶動集垢環(huán)在雙向槽的限位下旋轉(zhuǎn)。
逆流機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)桿、雙向槽、弧形葉、減阻軸承和水動桿；所述旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動連接在相鄰隔斷之間，超濾膜與旋轉(zhuǎn)桿同軸心并固定連接在相鄰隔斷之間，且旋轉(zhuǎn)桿和超濾膜之間設(shè)置有間隙，所述旋轉(zhuǎn)桿側(cè)壁環(huán)形陣列多個溢流口；旋轉(zhuǎn)桿的側(cè)壁設(shè)置有提供限位滑塊滑動的雙向槽，所述弧形葉固定連接在旋轉(zhuǎn)桿的兩端；所述減阻軸承固定連接在旋轉(zhuǎn)桿的兩端，所述水動桿與旋轉(zhuǎn)桿同軸心放置；所述水動桿設(shè)置為螺旋形，且兩端設(shè)置為錐形，同時兩端為可與減阻軸承卡接。
所述逆流機構(gòu)由于一端與泵機連通，進而提供一個持續(xù)地吸力，使得超濾膜外界的金屬離子以及雜質(zhì)被隔離在超濾膜外，而水分子會穿透超濾膜，進而使得超濾膜內(nèi)水流方向確定，由于水動桿的存在，使得所述水動桿在水流的沖擊下，開始旋轉(zhuǎn)并且逆著水流方向移動；同時由于考慮到外界水體與超濾膜的接觸問題，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)桿的側(cè)壁有多個溢流口，進而提供待過濾水體與超濾膜之間的充分接觸；此外，由于水動桿在水流的沖擊下會發(fā)生旋轉(zhuǎn)移動，直到所述水動桿滑動到水流出水口的時候，由于水動桿和超濾膜之間設(shè)置有間隙，并且連孤單設(shè)置為錐形，所以水動桿不會將超濾膜的進水的口堵塞，同時所述水動桿會與所述減阻軸承貼合，進而提供自轉(zhuǎn)的條件。
同樣的，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)桿兩端的弧形葉，主要目的在于在預(yù)處理以及過濾過程中，提供一個沉淀的輔助效果，進而減少較為明顯的金屬顆粒物與超濾膜之間的直接接觸，這個原因主要由于泵機的吸附，進而使得在過濾的時候，水體會因為壓力差進入超濾膜，而在壓力差的影響下，金屬顆粒同樣會進入所述超濾膜側(cè)壁，由于無法經(jīng)過，進而會使得金屬顆粒結(jié)垢，所以設(shè)置弧形葉，提供一個反向的旋轉(zhuǎn)，進而將金屬顆粒受到的力進行平衡，以減少附著的概率。
所述水動桿的內(nèi)部固定連接有磁極，所述旋轉(zhuǎn)桿兩端的側(cè)壁交錯設(shè)置有不同的磁極；所述雙向槽的兩端為閉環(huán)槽，所述閉環(huán)槽設(shè)置有導(dǎo)向限位轉(zhuǎn)塊的傾斜坡度，其中兩個閉環(huán)槽之間設(shè)置有交叉的叉狀槽，且連通兩端的閉環(huán)槽。
所述水動桿因為水流的沖擊在所述超濾膜內(nèi)發(fā)生自轉(zhuǎn)，并且所述水動桿會隨著泵機的作用持續(xù)轉(zhuǎn)動，由于設(shè)置在所述水動桿兩端的磁極，并且磁極分別為N級和S級，兩塊磁極分別占據(jù)180°的空間，進而形成圓錐的底面，所述水動桿的磁極設(shè)置在中心軸處，對應(yīng)的，由于所述超濾膜的側(cè)壁設(shè)置有旋轉(zhuǎn)桿，所述旋轉(zhuǎn)桿的兩端對應(yīng)設(shè)置有N和S級，當(dāng)所述水動桿移動到旋轉(zhuǎn)桿的兩端開始自轉(zhuǎn)的時候，旋轉(zhuǎn)桿的磁極和水動桿的磁極產(chǎn)生同性相斥，異性相吸的現(xiàn)象，加上磁極在持續(xù)旋轉(zhuǎn)，進而使得所述旋轉(zhuǎn)桿被帶動旋轉(zhuǎn)。
所述沉淀機構(gòu)包括限位轉(zhuǎn)塊、柱形軸和集垢環(huán)；所述限位轉(zhuǎn)塊設(shè)置為三角形結(jié)構(gòu)，且整體設(shè)置有與雙向槽貼合的彎曲弧度；限位轉(zhuǎn)塊的上端固定連接有與柱形軸轉(zhuǎn)動連接的環(huán)形口；所述集垢環(huán)的內(nèi)壁與柱形軸固定連接，其中柱形軸的轉(zhuǎn)動角度與限位轉(zhuǎn)塊度數(shù)最小的銳角相同。
所述限位轉(zhuǎn)塊設(shè)置為三角形，進而能夠滑動在雙向槽內(nèi)，所述雙向槽設(shè)置為交叉狀，從展開平面上來看，雙向槽的兩端為閉環(huán)的環(huán)形槽，進而所述環(huán)形槽提供所述限位轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動的空間，所述限位轉(zhuǎn)塊在轉(zhuǎn)動的時候，通過交叉的叉狀槽，每一段交叉的叉狀槽為單一方向轉(zhuǎn)動，通過閉環(huán)槽實現(xiàn)兩個方向的轉(zhuǎn)換，進而所述限位轉(zhuǎn)塊在轉(zhuǎn)動桿提供的轉(zhuǎn)動力作用下圍繞所述轉(zhuǎn)動桿移動。
同樣地，為了避免所述限位轉(zhuǎn)塊設(shè)置的轉(zhuǎn)動角度過大，以至于所述集垢環(huán)會卡死在雙向槽內(nèi)，所述柱形軸轉(zhuǎn)動的角度與限位轉(zhuǎn)塊度數(shù)最小的銳角相同，以滿足所述柱形軸提供所述限位轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動的條件，同時還不會被所述轉(zhuǎn)動柱側(cè)壁的雙向槽卡死。
所述集垢環(huán)設(shè)置為環(huán)形，且集垢環(huán)的側(cè)壁設(shè)置有傾斜的沉淀口，所述沉淀口的傾斜方向與泵機工作時水動桿轉(zhuǎn)動方向相同，所述沉淀口與集垢環(huán)內(nèi)部連通；所述集垢環(huán)內(nèi)部同軸心轉(zhuǎn)動有槳輪，所述槳輪的側(cè)壁固定連接有隔網(wǎng)；所述沉淀口之間設(shè)置有沉淀槽，所述沉淀槽圍繞集垢環(huán)環(huán)形陣列多個并均勻分布在傾斜口之間。
所述隔網(wǎng)將沉淀口連通區(qū)域與槳輪區(qū)域分隔成兩個區(qū)域，進而在所述旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動的時候，所述限位轉(zhuǎn)塊通過柱形軸與所述集垢環(huán)同步，進而帶動所述集垢環(huán)轉(zhuǎn)動，而由于所述隔網(wǎng)將所述沉淀口連通區(qū)域和所述槳輪的區(qū)域分隔成兩個區(qū)域，進而在所述超濾膜過濾的過程中，部分未被弧形葉離心甩出的金屬顆粒進入集垢環(huán)之后，所述集垢環(huán)進一步將金屬顆粒隔離在外，同時由于所述集垢環(huán)的轉(zhuǎn)動，部分水體通過沉淀口進入集垢環(huán)內(nèi)部，使得金屬顆粒進入之后因為含有金屬的不同，金屬因為離心會被甩出，進而附著在沉淀槽內(nèi)，將金屬顆粒集中在沉淀槽內(nèi)，減少在超濾膜表面附著的可能性，進而提高使用的壽命，同時在使用結(jié)束后能夠通過反沖，將金屬顆粒甩出，此時水動桿反向移動，整體轉(zhuǎn)動和工作方式變換，進而實現(xiàn)清理。
一種回收磷酸鐵鋰電池的廢水處理工藝包括以下步驟：
S1：將磷酸鐵鋰電池的廢水通過管道系統(tǒng)進行集中收集，隨后將收集到的廢水轉(zhuǎn)移到高效沉淀池中進行藥劑反應(yīng)，以促使金屬沉淀，其中藥劑濃度在1-5％范圍內(nèi)，使得沉淀池內(nèi)產(chǎn)生大量金屬沉淀物；
S2：上清液從沉淀池進入陶瓷膜，其中陶瓷膜產(chǎn)水ss≤1ppm；此時啟動泵機，對沉淀池中的水體進行固液分離，此時金屬顆粒物被轉(zhuǎn)動的沉淀機構(gòu)首先收集并進入沉淀槽內(nèi)，隨后穿過的水體通過穿透孔進行固液分離；
S3：通過水動桿的螺旋轉(zhuǎn)動，并通過磁場提供旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動的力，從而使得集垢環(huán)在旋轉(zhuǎn)桿的側(cè)壁反復(fù)移動，進而實現(xiàn)沉淀的反復(fù)收集；
S4：隨后向沉淀池內(nèi)投入錳砂和螯合樹脂深度去除溶液中未反應(yīng)完全的鐵、錳、鈣和鎂離子，最后通過反滲透膜或離子交換膜將TDS濃縮到150000mg/L進MVR蒸發(fā)得鹽，其中這個過程設(shè)置壓力范圍在150-250psi；隨后使用熱水來加熱廢水，以減少粘度和提高分離效率，熱水的溫度設(shè)置在50-70攝氏度之間，隨后通過冷卻系統(tǒng)冷卻，以促使磷酸鐵固相物的沉降；
S5：將經(jīng)過熱水換熱后的廢水通過超濾膜，再次截留剩余的固相物，通過耐酸RO膜工藝將回用水電導(dǎo)降至10us/cm以下。
本發(fā)明的有益效果如下：
1.本發(fā)明通過設(shè)置與水動桿同步轉(zhuǎn)動的沉淀機構(gòu)和逆流機構(gòu)，使得金屬顆粒在沉淀過程中，減少在超濾膜表面附著并結(jié)垢的問題，同時通過反復(fù)移動的沉淀機構(gòu)，將磁極與離心結(jié)合，實現(xiàn)金屬顆粒在膜處理過程中的自分離效果，提高超濾膜使用壽命，進一步提高預(yù)處理工藝的效果。
2.本發(fā)明通過將旋轉(zhuǎn)桿連接在相鄰的隔斷之間，同時與超濾膜同軸心并固定在隔斷上，不僅確保了旋轉(zhuǎn)桿的穩(wěn)定性，還在旋轉(zhuǎn)桿和超濾膜之間留出間隙，以容納溢流口，以便與廢水的接觸更充分，起到減少金屬顆粒與超濾膜直接接觸的作用，從而降低結(jié)垢的風(fēng)險，并且提供了后期檢修的便利。
3.本發(fā)明通過設(shè)置槳輪和隔網(wǎng)，將未被弧形葉甩出的部分金屬顆粒隔離在內(nèi)部，隨著離心力的作用，金屬顆粒被甩出并附著在沉淀槽內(nèi)，并且將金屬顆粒集中在沉淀槽內(nèi)，顯著減少了金屬顆粒在超濾膜表面附著的可能性，從而延長了超濾膜的使用壽命。
（發(fā)明人：肖維溢;王露露;葉鵬飛）
