三元前驱体高浓度氨氮废水处理汽提蒸氨法.docx

第PAGE\*MERGEFORMAT12页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT12页

三元前驱体高浓度氨氮废水处理汽提蒸氨法
随着我国新能源汽车产业的迅猛发展，锂离子电池作为其主要动力来源，其需求量在国内市场逐年攀升。锂离子电池的正极材料和负极材料也得到了大规模的应用和发展。特别值得一提的是，镍钴锰三元正极材料因其三元协同效应，集各种正极材料之优点，已成为近年来市场关注的焦点。
在镍钴锰三元正极材料的生产过程中，三元前驱体的合成是最关键的工序。然而，这一过程同时也产生了大量高浓度氨氮废水，其浓度高达8000mg/L。如果直接排放这种废水，将对环境造成严重污染。因此，如何有效处理这种废水，已成为当前亟待解决的问题。
目前，处理高浓度氨氮废水的方法主要有吹脱法、折点氯化法、化学沉淀法、吸附法、生物法等。但这些方法普遍存在产生二次污染、处理成本高、氨氮处理不达标等问题，因此应用范围有限。
相较于其他方法，汽提蒸氨法具有无二次污染、处理工艺简单、氨水资源化回收等优点，近年来在实际应用中得到了广泛推广。本文将以XX某三元前驱体生产废水为例，探讨高浓度氨氮废水汽提蒸氨工艺的原理、设计计算、工业实验及改进设想，以期为同类废水处理提供有益参考。
首先，我们来分析汽提蒸氨法的原理。该方法利用氨氮在高温下易挥发的特性，将废水中的氨氮蒸发出来。随后，通过冷却装置将氨氮气体冷却为液态，实现废水中氨氮的有效去除。
在设计计算阶段，需要根据废水的水质、处理规模、设备投资和运行费用等因素，确定汽提蒸氨工艺的参数，如蒸发塔的高度、直径、加热功率等。此外，还需考虑冷却装置的规模和制冷能力。
工业实验阶段，需对高浓度氨氮废水进行现场处理，监测废水中的氨氮浓度、排放量等指标，以验证汽提蒸氨法的处理效果。同时，对实验过程中的能耗、运行成本等进行分析，评估汽提蒸氨法的经济效益。
在改进设想方面，可以从以下几个方面着手：一是优化汽提蒸氨工艺参数，提高处理效率；二是研发新型蒸发器和冷却装置，降低设备投资和运行成本；三是探索与其他废水处理方法的组合应用，实现氨氮废水的深度处理。
总之，高浓度氨氮废水处理是一项重要且具有挑战性的任务。汽提蒸氨法作为一种具有前景的处理技术，有望在实践中得到更好的应用和发展。通过本文的研究，旨在为我国锂离子电池产业及相关领域提供有益的参考，推动氨氮废水处理技术的发展。
1、设计计算
1.1废水水量与水质
脱氨前液来源于生产Ni、Co、Mn三元前驱体过程中产生的母液、碱洗液、浓缩后洗水及系统氨吸收废水的混合液，水量2400m3/d，处理量：1200～2640m3/d；pH为11～12；SS质量浓度为200mg/L；氨氮质量浓度为7～14g/L，氨0.5～1mol/L；Na2SO4为7%～13%；Ni、Co、Mn质量浓度为100mg/L。
1.2工艺流程及说明
脱氨前液废水的主要组成包括硫酸钠、游离氨，以及镍、钴、锰等重金属元素。从环境保护和资源再利用的角度考虑，对该类废水的最优处理策略为：首先进行蒸汽汽提蒸氨，以回收氨水；随后进行物理过滤，分离出镍、钴、锰等重金属颗粒物沉淀；最后进行蒸发结晶，回收硫酸钠。如此一来，各组分得以综合回收利用，实现废水零排放。
本文将针对废水中的氨氮和重金属去除进行详细阐述。该废水呈强碱性，在汽提蒸氨过程中，无需额外添加碱液。然而，为确保氨氮处理达标，并应对未来生产工艺变化导致的废水水质波动，本方案设有氢氧化钠（NaOH）补碱管路。主要工艺流程如图1所示。

工艺车间废水在脱氨前液槽中均化稳定水质水量；脱氨前液槽出水经废水泵泵入板式换热器与蒸氨塔塔釜高温出水换热后，进入汽提蒸氨塔；高温饱和蒸汽由塔底部进入塔内，和废水在各级塔盘进行传质、传热和动量传递；轻质成分NH3和部分水蒸汽在塔顶形成氨-水混合气体，含氨气体由塔顶进入冷凝器，回收浓度为16%的高纯氨水；废水从塔中部到塔底部塔釜过程完成氨的分离脱出，塔釜出水ρ（NH3-N）≤10mg/L，脱氨废水经精密过滤器去除重金属后，进行蒸发处理。
1.3主要设备说明
1）脱氨前液槽。设置三个，直径×高为10m×10m，有效容积为2119.5m3。鉴于脱氨前液为高温碱性废水，选用304不锈钢作为脱氨前液槽的材质。鉴于硫酸钠在低温时易结晶，脱氨前液槽配备蒸汽加热及保温装置。
2）板式换热器。配备两台，换热面积为270m2/台。考虑到脱氨前液含有200mg/L的SS（悬浮物），采用一备一用模式，以防堵塞影响生产。
3）汽提蒸氨塔。汽提蒸氨塔是废水氨分离浓缩回收的核心设备，其工作原理如下：经换热后的废水从脱氨塔上部进入，由于轻质组分氨的相对挥发度大于水，因此在蒸汽作用下，更多的氨进入气相，与上一层塔板流下的液体建立新的气液平衡。经过多次气液相平衡，气相中的氨浓度被提