公布日：2023.12.19
申请日：2023.11.06
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N
摘要
本发明涉及磷酸铁锂电池回收技术领域，具体涉及一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置及工艺，包括泵机、进水口、壳体、超滤膜、隔断、出水口、沉淀机构和逆流机构；泵机安装在壳体的一侧，并通过超滤膜将进水口和出水口连通；超滤膜通过隔断均匀分段；逆流机构安装在超滤膜的侧壁，且与超滤膜侧壁设置有间隙；沉淀机构安装在逆流机构的侧壁；本发明通过设置与水动杆同步转动的沉淀机构和逆流机构，使得金属颗粒在沉淀过程中，减少在超滤膜表面附着并结垢的问题，同时通过反复移动的沉淀机构，将磁极与离心结合，实现金属颗粒在膜处理过程中的自分离效果，提高超滤膜使用寿命，进一步提高预处理工艺的效果。
权利要求书
1.一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，包括泵机(1)、出水口(2)、壳体(3)、超滤膜(4)、隔断(7)、穿透孔(8)和进水口(9)；所述泵机(1)安装在壳体(3)的一侧，并通过超滤膜(4)将进水口(9)和出水口(2)连通；超滤膜(4)通过隔断(7)均匀分段，并通过穿透孔(8)连通相邻隔断(7)；其特征在于：还包括沉淀机构(6)和逆流机构(5)，所述逆流机构(5)安装在超滤膜(4)的侧壁，且与超滤膜(4)侧壁设置有间隙，进而穿过超滤膜(4)的水流冲击水动杆(55)，使得水动杆(55)转动并调换磁极(551)位置；所述沉淀机构(6)安装在逆流机构(5)的侧壁，通过水动杆(55)的转动改变磁力推动的方向，使旋转杆(51)转动，进而沉淀机构(6)通过限位转块(61)三角形结构中度数较小的锐角端限位，并通过闭环槽(521)的倾斜坡度改变限位转块(61)角度，带动集垢环(63)在双向槽(52)的限位下旋转。
2.根据权利要求1所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：逆流机构(5)包括旋转杆(51)、双向槽(52)、弧形叶(53)、减阻轴承(54)和水动杆(55)；所述旋转杆(51)转动连接在相邻隔断(7)之间，超滤膜(4)与旋转杆(51)同轴心并固定连接在相邻隔断(7)之间，且旋转杆(51)和超滤膜(4)之间设置有间隙，所述旋转杆(51)侧壁环形阵列多个溢流口(511)；旋转杆(51)的侧壁设置有提供限位滑块滑动的双向槽(52)，所述弧形叶(53)固定连接在旋转杆(51)的两端；所述减阻轴承(54)固定连接在旋转杆(51)的两端，所述水动杆(55)与旋转杆(51)同轴心放置。
3.根据权利要求2所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述双向槽(52)的两端为闭环槽(521)，所述闭环槽(521)设置有导向限位转块(61)的倾斜坡度，其中两个闭环槽(521)之间设置有交叉的叉状槽(522)，且连通两端的闭环槽(521)。
4.根据权利要求2所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述水动杆(55)设置为螺旋形，且两端设置为锥形，同时两端为可与减阻轴承(54)卡接的结构。
5.根据权利要求2所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述水动杆(55)的内部固定连接有磁极(551)，所述旋转杆(51)两端的侧壁交错设置有不同的磁极(551)。
6.根据权利要求1所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述沉淀机构(6)包括限位转块(61)、柱形轴(62)和集垢环(63)；所述限位转块(61)设置为三角形结构，且整体设置有与双向槽(52)贴合的弯曲弧度；限位转块(61)的上端固定连接有与柱形轴(62)转动连接的环形口(64)；所述集垢环(63)的内壁与柱形轴(62)固定连接，其中柱形轴(62)的转动角度与限位转块(61)度数最小的锐角相同。
7.根据权利要求6所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述集垢环(63)设置为环形，且集垢环(63)的侧壁设置有倾斜的沉淀口(631)，所述沉淀口(631)的倾斜方向与泵机(1)工作时水动杆(55)转动方向相同，所述沉淀口(631)与集垢环(63)内部连通。
8.根据权利要求6所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述集垢环(63)内部同轴心转动有桨轮(632)，所述桨轮(632)的侧壁固定连接有隔网(633)。
9.根据权利要求7所述的一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述沉淀口(631)之间设置有沉淀槽(634)，所述沉淀槽(634)围绕集垢环(63)环形阵列多个并均匀分布在倾斜口之间。
10.一种回收磷酸铁锂电池的废水处理工艺，该方法采用权利要求1到9任意一项所述一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，其特征在于：所述一种回收磷酸铁锂电池的废水处理工艺包括以下步骤：S1：将磷酸铁锂电池的废水通过管道系统进行集中收集，随后将收集到的废水转移到高效沉淀池中进行药剂反应，以促使金属沉淀，其中药剂浓度在1 5％范围内，使得沉淀池内产生大量金属沉淀物；S2：上清液从沉淀池进入陶瓷膜，其中陶瓷膜产水ss≤1ppm；此时启动泵机(1)，对沉淀池中的水体进行固液分离，此时金属颗粒物被转动的沉淀机构(6)首先收集并进入沉淀槽(634)内，随后穿过的水体通过穿透孔(8)进行固液分离；S3：通过水动杆(55)的螺旋转动，并通过磁场提供旋转杆(51)转动的力，从而使得集垢环(63)在旋转杆(51)的侧壁反复移动，进而实现沉淀的反复收集；S4：随后向沉淀池内投入锰砂和螯合树脂深度去除溶液中未反应完全的铁、锰、钙和镁离子，最后通过反渗透膜或离子交换膜将TDS浓缩到150000mg/L进MVR蒸发得盐，其中这个过程设置压力范围在150 250psi；随后使用热水来加热废水，以减少粘度和提高分离效率，热水的温度设置在50 70摄氏度之间，随后通过冷却系统冷却，以促使磷酸铁固相物的沉降；S5：将经过热水换热后的废水通过超滤膜(4)，再次截留剩余的固相物，通过耐酸RO膜工艺将回用水电导降至10us/cm以下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：由于在预处理工艺中，氢氧化镁材料的溶解度较小，因此它们难以在处理过程中形成沉淀，最终导致了预处理工艺的效果不佳，并且在沉淀后的超滤膜的使用过程中，由于容易结垢的钙、镁、铁和锰离子的存在，会导致膜的严重污染，从而大幅缩短了膜的使用寿命。
为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种回收磷酸铁锂电池的废水处理装置，包括泵机、进水口、壳体、超滤膜、隔断、出水口、沉淀机构和逆流机构；所述泵机安装在壳体的一侧，并通过超滤膜将进水口和出水口连通；超滤膜通过隔断均匀分段；所述逆流机构安装在超滤膜的侧壁，且与超滤膜侧壁设置有间隙，进而穿过超滤膜的水流冲击水动杆，使得水动杆转动并调换磁极位置；所述沉淀机构安装在逆流机构的侧壁，通过水动杆的转动改变磁力推动的方向，使旋转杆转动，进而沉淀机构通过限位转块三角形结构中度数较小的锐角端限位，并通过闭环槽的倾斜坡度改变限位转块角度，带动集垢环在双向槽的限位下旋转。
逆流机构包括旋转杆、双向槽、弧形叶、减阻轴承和水动杆；所述旋转杆转动连接在相邻隔断之间，超滤膜与旋转杆同轴心并固定连接在相邻隔断之间，且旋转杆和超滤膜之间设置有间隙，所述旋转杆侧壁环形阵列多个溢流口；旋转杆的侧壁设置有提供限位滑块滑动的双向槽，所述弧形叶固定连接在旋转杆的两端；所述减阻轴承固定连接在旋转杆的两端，所述水动杆与旋转杆同轴心放置；所述水动杆设置为螺旋形，且两端设置为锥形，同时两端为可与减阻轴承卡接。
所述逆流机构由于一端与泵机连通，进而提供一个持续地吸力，使得超滤膜外界的金属离子以及杂质被隔离在超滤膜外，而水分子会穿透超滤膜，进而使得超滤膜内水流方向确定，由于水动杆的存在，使得所述水动杆在水流的冲击下，开始旋转并且逆着水流方向移动；同时由于考虑到外界水体与超滤膜的接触问题，设置在所述旋转杆的侧壁有多个溢流口，进而提供待过滤水体与超滤膜之间的充分接触；此外，由于水动杆在水流的冲击下会发生旋转移动，直到所述水动杆滑动到水流出水口的时候，由于水动杆和超滤膜之间设置有间隙，并且连孤单设置为锥形，所以水动杆不会将超滤膜的进水的口堵塞，同时所述水动杆会与所述减阻轴承贴合，进而提供自转的条件。
同样的，设置在所述旋转杆两端的弧形叶，主要目的在于在预处理以及过滤过程中，提供一个沉淀的辅助效果，进而减少较为明显的金属颗粒物与超滤膜之间的直接接触，这个原因主要由于泵机的吸附，进而使得在过滤的时候，水体会因为压力差进入超滤膜，而在压力差的影响下，金属颗粒同样会进入所述超滤膜侧壁，由于无法经过，进而会使得金属颗粒结垢，所以设置弧形叶，提供一个反向的旋转，进而将金属颗粒受到的力进行平衡，以减少附着的概率。
所述水动杆的内部固定连接有磁极，所述旋转杆两端的侧壁交错设置有不同的磁极；所述双向槽的两端为闭环槽，所述闭环槽设置有导向限位转块的倾斜坡度，其中两个闭环槽之间设置有交叉的叉状槽，且连通两端的闭环槽。
所述水动杆因为水流的冲击在所述超滤膜内发生自转，并且所述水动杆会随着泵机的作用持续转动，由于设置在所述水动杆两端的磁极，并且磁极分别为N级和S级，两块磁极分别占据180°的空间，进而形成圆锥的底面，所述水动杆的磁极设置在中心轴处，对应的，由于所述超滤膜的侧壁设置有旋转杆，所述旋转杆的两端对应设置有N和S级，当所述水动杆移动到旋转杆的两端开始自转的时候，旋转杆的磁极和水动杆的磁极产生同性相斥，异性相吸的现象，加上磁极在持续旋转，进而使得所述旋转杆被带动旋转。
所述沉淀机构包括限位转块、柱形轴和集垢环；所述限位转块设置为三角形结构，且整体设置有与双向槽贴合的弯曲弧度；限位转块的上端固定连接有与柱形轴转动连接的环形口；所述集垢环的内壁与柱形轴固定连接，其中柱形轴的转动角度与限位转块度数最小的锐角相同。
所述限位转块设置为三角形，进而能够滑动在双向槽内，所述双向槽设置为交叉状，从展开平面上来看，双向槽的两端为闭环的环形槽，进而所述环形槽提供所述限位转块转动的空间，所述限位转块在转动的时候，通过交叉的叉状槽，每一段交叉的叉状槽为单一方向转动，通过闭环槽实现两个方向的转换，进而所述限位转块在转动杆提供的转动力作用下围绕所述转动杆移动。
同样地，为了避免所述限位转块设置的转动角度过大，以至于所述集垢环会卡死在双向槽内，所述柱形轴转动的角度与限位转块度数最小的锐角相同，以满足所述柱形轴提供所述限位转块转动的条件，同时还不会被所述转动柱侧壁的双向槽卡死。
所述集垢环设置为环形，且集垢环的侧壁设置有倾斜的沉淀口，所述沉淀口的倾斜方向与泵机工作时水动杆转动方向相同，所述沉淀口与集垢环内部连通；所述集垢环内部同轴心转动有桨轮，所述桨轮的侧壁固定连接有隔网；所述沉淀口之间设置有沉淀槽，所述沉淀槽围绕集垢环环形阵列多个并均匀分布在倾斜口之间。
所述隔网将沉淀口连通区域与桨轮区域分隔成两个区域，进而在所述旋转杆转动的时候，所述限位转块通过柱形轴与所述集垢环同步，进而带动所述集垢环转动，而由于所述隔网将所述沉淀口连通区域和所述桨轮的区域分隔成两个区域，进而在所述超滤膜过滤的过程中，部分未被弧形叶离心甩出的金属颗粒进入集垢环之后，所述集垢环进一步将金属颗粒隔离在外，同时由于所述集垢环的转动，部分水体通过沉淀口进入集垢环内部，使得金属颗粒进入之后因为含有金属的不同，金属因为离心会被甩出，进而附着在沉淀槽内，将金属颗粒集中在沉淀槽内，减少在超滤膜表面附着的可能性，进而提高使用的寿命，同时在使用结束后能够通过反冲，将金属颗粒甩出，此时水动杆反向移动，整体转动和工作方式变换，进而实现清理。
一种回收磷酸铁锂电池的废水处理工艺包括以下步骤：
S1：将磷酸铁锂电池的废水通过管道系统进行集中收集，随后将收集到的废水转移到高效沉淀池中进行药剂反应，以促使金属沉淀，其中药剂浓度在1-5％范围内，使得沉淀池内产生大量金属沉淀物；
S2：上清液从沉淀池进入陶瓷膜，其中陶瓷膜产水ss≤1ppm；此时启动泵机，对沉淀池中的水体进行固液分离，此时金属颗粒物被转动的沉淀机构首先收集并进入沉淀槽内，随后穿过的水体通过穿透孔进行固液分离；
S3：通过水动杆的螺旋转动，并通过磁场提供旋转杆转动的力，从而使得集垢环在旋转杆的侧壁反复移动，进而实现沉淀的反复收集；
S4：随后向沉淀池内投入锰砂和螯合树脂深度去除溶液中未反应完全的铁、锰、钙和镁离子，最后通过反渗透膜或离子交换膜将TDS浓缩到150000mg/L进MVR蒸发得盐，其中这个过程设置压力范围在150-250psi；随后使用热水来加热废水，以减少粘度和提高分离效率，热水的温度设置在50-70摄氏度之间，随后通过冷却系统冷却，以促使磷酸铁固相物的沉降；
S5：将经过热水换热后的废水通过超滤膜，再次截留剩余的固相物，通过耐酸RO膜工艺将回用水电导降至10us/cm以下。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过设置与水动杆同步转动的沉淀机构和逆流机构，使得金属颗粒在沉淀过程中，减少在超滤膜表面附着并结垢的问题，同时通过反复移动的沉淀机构，将磁极与离心结合，实现金属颗粒在膜处理过程中的自分离效果，提高超滤膜使用寿命，进一步提高预处理工艺的效果。
2.本发明通过将旋转杆连接在相邻的隔断之间，同时与超滤膜同轴心并固定在隔断上，不仅确保了旋转杆的稳定性，还在旋转杆和超滤膜之间留出间隙，以容纳溢流口，以便与废水的接触更充分，起到减少金属颗粒与超滤膜直接接触的作用，从而降低结垢的风险，并且提供了后期检修的便利。
3.本发明通过设置桨轮和隔网，将未被弧形叶甩出的部分金属颗粒隔离在内部，随着离心力的作用，金属颗粒被甩出并附着在沉淀槽内，并且将金属颗粒集中在沉淀槽内，显著减少了金属颗粒在超滤膜表面附着的可能性，从而延长了超滤膜的使用寿命。
（发明人：肖维溢;王露露;叶鹏飞）