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
本發明涉及磷酸鐵鋰電池回收技術領域，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、沉淀機構和逆流機構；泵機安裝在殼體的一側，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；逆流機構安裝在超濾膜的側壁，且與超濾膜側壁設置有間隙；沉淀機構安裝在逆流機構的側壁；本發明通過設置與水動桿同步轉動的沉淀機構和逆流機構，使得金屬顆粒在沉淀過程中，減少在超濾膜表面附著并結垢的問題，同時通過反復移動的沉淀機構，將磁極與離心結合，實現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，進一步提高預處理工藝的效果。
權利要求書
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，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(6)和逆流機構(5)，所述逆流機構(5)安裝在超濾膜(4)的側壁，且與超濾膜(4)側壁設置有間隙，進而穿過超濾膜(4)的水流沖擊水動桿(55)，使得水動桿(55)轉動并調換磁極(551)位置；所述沉淀機構(6)安裝在逆流機構(5)的側壁，通過水動桿(55)的轉動改變磁力推動的方向，使旋轉桿(51)轉動，進而沉淀機構(6)通過限位轉塊(61)三角形結構中度數較小的銳角端限位，并通過閉環槽(521)的傾斜坡度改變限位轉塊(61)角度，帶動集垢環(63)在雙向槽(52)的限位下旋轉。
2.根據權利要求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(5)包括旋轉桿(51)、雙向槽(52)、弧形葉(53)、減阻軸承(54)和水動桿(55)；所述旋轉桿(51)轉動連接在相鄰隔斷(7)之間，超濾膜(4)與旋轉桿(51)同軸心并固定連接在相鄰隔斷(7)之間，且旋轉桿(51)和超濾膜(4)之間設置有間隙，所述旋轉桿(51)側壁環形陣列多個溢流口(511)；旋轉桿(51)的側壁設置有提供限位滑塊滑動的雙向槽(52)，所述弧形葉(53)固定連接在旋轉桿(51)的兩端；所述減阻軸承(54)固定連接在旋轉桿(51)的兩端，所述水動桿(55)與旋轉桿(51)同軸心放置。
3.根據權利要求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)的兩端為閉環槽(521)，所述閉環槽(521)設置有導向限位轉塊(61)的傾斜坡度，其中兩個閉環槽(521)之間設置有交叉的叉狀槽(522)，且連通兩端的閉環槽(521)。
4.根據權利要求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)設置為螺旋形，且兩端設置為錐形，同時兩端為可與減阻軸承(54)卡接的結構。
5.根據權利要求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)的內部固定連接有磁極(551)，所述旋轉桿(51)兩端的側壁交錯設置有不同的磁極(551)。
6.根據權利要求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(6)包括限位轉塊(61)、柱形軸(62)和集垢環(63)；所述限位轉塊(61)設置為三角形結構，且整體設置有與雙向槽(52)貼合的彎曲弧度；限位轉塊(61)的上端固定連接有與柱形軸(62)轉動連接的環形口(64)；所述集垢環(63)的內壁與柱形軸(62)固定連接，其中柱形軸(62)的轉動角度與限位轉塊(61)度數最小的銳角相同。
7.根據權利要求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(63)設置為環形，且集垢環(63)的側壁設置有傾斜的沉淀口(631)，所述沉淀口(631)的傾斜方向與泵機(1)工作時水動桿(55)轉動方向相同，所述沉淀口(631)與集垢環(63)內部連通。
8.根據權利要求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(63)內部同軸心轉動有槳輪(632)，所述槳輪(632)的側壁固定連接有隔網(633)。
9.根據權利要求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)之間設置有沉淀槽(634)，所述沉淀槽(634)圍繞集垢環(63)環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進行集中收集，隨后將收集到的廢水轉移到高效沉淀池中進行藥劑反應，以促使金屬沉淀，其中藥劑濃度在1 5％范圍內，使得沉淀池內產生大量金屬沉淀物；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動的沉淀機構(6)首先收集并進入沉淀槽(634)內，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)的螺旋轉動，并通過磁場提供旋轉桿(51)轉動的力，從而使得集垢環(63)在旋轉桿(51)的側壁反復移動，進而實現沉淀的反復收集；S4：隨后向沉淀池內投入錳砂和螯合樹脂深度去除溶液中未反應完全的鐵、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蒸發得鹽，其中這個過程設置壓力范圍在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，熱水的溫度設置在50 70攝氏度之間，隨后通過冷卻系統冷卻，以促使磷酸鐵固相物的沉降；S5：將經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降至10us/cm以下。
發明內容
本發明要解決的技術問題是：由于在預處理工藝中，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，最終導致了預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，由于容易結垢的鈣、鎂、鐵和錳離子的存在，會導致膜的嚴重污染，從而大幅縮短了膜的使用壽命。
為解決所述技術問題，本發明采用的技術方案為：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、沉淀機構和逆流機構；所述泵機安裝在殼體的一側，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；所述逆流機構安裝在超濾膜的側壁，且與超濾膜側壁設置有間隙，進而穿過超濾膜的水流沖擊水動桿，使得水動桿轉動并調換磁極位置；所述沉淀機構安裝在逆流機構的側壁，通過水動桿的轉動改變磁力推動的方向，使旋轉桿轉動，進而沉淀機構通過限位轉塊三角形結構中度數較小的銳角端限位，并通過閉環槽的傾斜坡度改變限位轉塊角度，帶動集垢環在雙向槽的限位下旋轉。
逆流機構包括旋轉桿、雙向槽、弧形葉、減阻軸承和水動桿；所述旋轉桿轉動連接在相鄰隔斷之間，超濾膜與旋轉桿同軸心并固定連接在相鄰隔斷之間，且旋轉桿和超濾膜之間設置有間隙，所述旋轉桿側壁環形陣列多個溢流口；旋轉桿的側壁設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桿的兩端；所述減阻軸承固定連接在旋轉桿的兩端，所述水動桿與旋轉桿同軸心放置；所述水動桿設置為螺旋形，且兩端設置為錐形，同時兩端為可與減阻軸承卡接。
所述逆流機構由于一端與泵機連通，進而提供一個持續地吸力，使得超濾膜外界的金屬離子以及雜質被隔離在超濾膜外，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，設置在所述旋轉桿的側壁有多個溢流口，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生旋轉移動，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置有間隙，并且連孤單設置為錐形，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，進而提供自轉的條件。
同樣的，設置在所述旋轉桿兩端的弧形葉，主要目的在于在預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壁，由于無法經過，進而會使得金屬顆粒結垢，所以設置弧形葉，提供一個反向的旋轉，進而將金屬顆粒受到的力進行平衡，以減少附著的概率。
所述水動桿的內部固定連接有磁極，所述旋轉桿兩端的側壁交錯設置有不同的磁極；所述雙向槽的兩端為閉環槽，所述閉環槽設置有導向限位轉塊的傾斜坡度，其中兩個閉環槽之間設置有交叉的叉狀槽，且連通兩端的閉環槽。
所述水動桿因為水流的沖擊在所述超濾膜內發生自轉，并且所述水動桿會隨著泵機的作用持續轉動，由于設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180°的空間，進而形成圓錐的底面，所述水動桿的磁極設置在中心軸處，對應的，由于所述超濾膜的側壁設置有旋轉桿，所述旋轉桿的兩端對應設置有N和S級，當所述水動桿移動到旋轉桿的兩端開始自轉的時候，旋轉桿的磁極和水動桿的磁極產生同性相斥，異性相吸的現象，加上磁極在持續旋轉，進而使得所述旋轉桿被帶動旋轉。
所述沉淀機構包括限位轉塊、柱形軸和集垢環；所述限位轉塊設置為三角形結構，且整體設置有與雙向槽貼合的彎曲弧度；限位轉塊的上端固定連接有與柱形軸轉動連接的環形口；所述集垢環的內壁與柱形軸固定連接，其中柱形軸的轉動角度與限位轉塊度數最小的銳角相同。
所述限位轉塊設置為三角形，進而能夠滑動在雙向槽內，所述雙向槽設置為交叉狀，從展開平面上來看，雙向槽的兩端為閉環的環形槽，進而所述環形槽提供所述限位轉塊轉動的空間，所述限位轉塊在轉動的時候，通過交叉的叉狀槽，每一段交叉的叉狀槽為單一方向轉動，通過閉環槽實現兩個方向的轉換，進而所述限位轉塊在轉動桿提供的轉動力作用下圍繞所述轉動桿移動。
同樣地，為了避免所述限位轉塊設置的轉動角度過大，以至于所述集垢環會卡死在雙向槽內，所述柱形軸轉動的角度與限位轉塊度數最小的銳角相同，以滿足所述柱形軸提供所述限位轉塊轉動的條件，同時還不會被所述轉動柱側壁的雙向槽卡死。
所述集垢環設置為環形，且集垢環的側壁設置有傾斜的沉淀口，所述沉淀口的傾斜方向與泵機工作時水動桿轉動方向相同，所述沉淀口與集垢環內部連通；所述集垢環內部同軸心轉動有槳輪，所述槳輪的側壁固定連接有隔網；所述沉淀口之間設置有沉淀槽，所述沉淀槽圍繞集垢環環形陣列多個并均勻分布在傾斜口之間。
所述隔網將沉淀口連通區域與槳輪區域分隔成兩個區域，進而在所述旋轉桿轉動的時候，所述限位轉塊通過柱形軸與所述集垢環同步，進而帶動所述集垢環轉動，而由于所述隔網將所述沉淀口連通區域和所述槳輪的區域分隔成兩個區域，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之后，所述集垢環進一步將金屬顆粒隔離在外，同時由于所述集垢環的轉動，部分水體通過沉淀口進入集垢環內部，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，將金屬顆粒集中在沉淀槽內，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，整體轉動和工作方式變換，進而實現清理。
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進行集中收集，隨后將收集到的廢水轉移到高效沉淀池中進行藥劑反應，以促使金屬沉淀，其中藥劑濃度在1-5％范圍內，使得沉淀池內產生大量金屬沉淀物；
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動的沉淀機構首先收集并進入沉淀槽內，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動，并通過磁場提供旋轉桿轉動的力，從而使得集垢環在旋轉桿的側壁反復移動，進而實現沉淀的反復收集；
S4：隨后向沉淀池內投入錳砂和螯合樹脂深度去除溶液中未反應完全的鐵、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蒸發得鹽，其中這個過程設置壓力范圍在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，熱水的溫度設置在50-70攝氏度之間，隨后通過冷卻系統冷卻，以促使磷酸鐵固相物的沉降；
S5：將經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降至10us/cm以下。
本發明的有益效果如下：
1.本發明通過設置與水動桿同步轉動的沉淀機構和逆流機構，使得金屬顆粒在沉淀過程中，減少在超濾膜表面附著并結垢的問題，同時通過反復移動的沉淀機構，將磁極與離心結合，實現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，進一步提高預處理工藝的效果。
2.本發明通過將旋轉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，不僅確保了旋轉桿的穩定性，還在旋轉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，從而降低結垢的風險，并且提供了后期檢修的便利。
3.本發明通過設置槳輪和隔網，將未被弧形葉甩出的部分金屬顆粒隔離在內部，隨著離心力的作用，金屬顆粒被甩出并附著在沉淀槽內，并且將金屬顆粒集中在沉淀槽內，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。
（發明人：肖維溢;王露露;葉鵬飛）
