Пример исследования по повторному использованию и очистке промывочной воды с высоким содержанием соли и аммиачного азота, полученной из тройного прекурсора литий-ионных батарей производительностью 300 т/сутки. 

Обзор проекта

Сфера услуг: Производство материалов для тройных литий-ионных батарей для возобновляемой энергетики.

Производственная мощность: 300 тонн/день

Технологический процесс: Точная предварительная фильтрация + двухступенчатая мембранная концентрация с кислотостойкими и устойчивыми к загрязнению мембранами (SWRO+BWRO) + концентрирование воды, удаление аммиака и выпаривание.

Цель очистки: Достижение установленных в проекте стандартов повторного использования производственной воды с контролируемой проводимостью воды ≤50 мкСм/см и реализация замкнутого цикла использования сточных вод.

I. История проекта и основные проблемы

Заказчиком является недавно построенная крупномасштабная производственная база отечественной компании, занимающейся производством материалов для литий-ионных батарей, акции которой котируются на бирже. В процессе промывки при производстве тройных прекурсоров образуется большое количество технологической промывочной воды, содержащей высокие концентрации сульфатов, аммонийного азота, а также ионов никеля, кобальта и марганца.

Проект сталкивается с тремя основными проблемами:

Значительные потери ресурсов: Сточные воды содержат ценные металлы — никель и кобальт. Традиционная прямая нейтрализация и осаждение приводят не только к потере миллионов тонн сырья, но и к тому, что высокое содержание солей и аммиачного азота легко приводит к превышению общих норм сброса. Прямой сброс приведет к потере ценных никеля (Ni), кобальта (Co) и марганца (Mn) в сточных водах. Это приводит к чрезвычайно большим потерям сырья из-за стока воды.

Высококислотная коррозия оборудования и давление обычных мембран: Проводимость исходной воды может достигать 30 000 мкСм/см, а условия эксплуатации — кислые (pH 3–5). В таких условиях обычные мембранные элементы обратного осмоса подвержены сильному уплотнению мембраны и образованию неорганических отложений. Традиционные трубопроводы из углеродистой стали и нержавеющей стали марки 304 очень подвержены перфорационной коррозии.

Высокие стандарты повторного использования воды: для производства трехкомпонентных материалов аккумуляторного класса требуется вода для промывки чрезвычайно высокой чистоты. Система должна обеспечивать стабильную производительность по удержанию тяжелых металлов, опреснению и деаммонированию, чтобы предотвратить обратный поток ионов примесей, влияющий на кристаллическую форму прекурсора и плотность напора.

II. Технологический процесс и основное оборудование

Мы отходим от традиционного одностадийного процесса осаждения и используем замкнутый технологический цикл, сочетающий в себе «физическое перехватывание + кислотостойкую специальную двухступенчатую мембранную глубокую концентрацию + испарение концентрата».

Основная технологическая цепочка:

Сырая вода → Предварительная обработка на пластинчато-рамном фильтре → Регулировка pH → Ультрафильтрация (УФ) → **Первая ступень обратного осмоса (SWRO с использованием специальной мембраны для опреснения морской воды) ➡️ Вторая ступень обратного осмоса (RO с защитой от загрязнения) ➡️ Линия прямой подачи пресной воды / Концентрат подается в башню для удаления аммиака + система испарения для удаления тяжелых металлов.**

Конфигурация основного оборудования:

Специальная кислотостойкая и устойчивая к загрязнению двухступенчатая установка обратного осмоса: На первой ступени используется мембрана для опреснения морской воды под высоким давлением (SWRO), способная выдерживать сверхвысокое осмотическое давление и высокосоленую среду; На втором этапе используется мембрана с высокой степенью опреснения и устойчивостью к загрязнению (BWRO) для точного контроля, обеспечивающая проводимость пермеата ≤50 мкс/см.

Полная система с коррозионностойкими материалами из нержавеющей стали 316L/дуплекс: Трубопроводы высокого давления и регулирующие клапаны полностью модернизированы с использованием кислото- и коррозионностойких материалов 316L или выше для снижения риска коррозии.

Прецизионная ультрафильтрация (УФ) и микроуровневая фильтрация: Глубоко удаляет из воды мелкие коллоиды и частицы гидроксидов, стабильно контролируя индекс плотности осадка (SDI) на входе в мембрану ниже 2,5.

Полная технологическая ПЛК + SCADA: Интеллектуальный шкаф мониторинга: Онлайн-мониторинг проводимости входящего и выходящего потока, pH, потока пермеата и перепада трансмембранного давления (ТМП), оснащенный автоматической логикой запуска химической очистки (CIP).

III. Эксплуатационные характеристики и комплексные преимущества

Этот проект стабильно работает более 6 лет, при этом темпы снижения производительности мембранных модулей значительно ниже среднеотраслевых. В ходе эксплуатации проекта в соответствии с планом технического обслуживания проводились очистка мембран, осмотр оборудования и профилактическое обслуживание, что обеспечило стабильную работу системы и создало значительные двусторонние экономические выгоды для заказчика: ежедневно извлекается около 230 тонн очищенного пермеата для повторного использования в производственных процессах, что позволяет экономить более 500 000 юаней в год на затратах на пресную и чистую воду; концентрированный и обогащенный никель-кобальт-марганцевый маточный раствор рециркулируется в секцию выщелачивания/дозирования, что позволяет ежегодно извлекать более миллиона юаней из потерь драгоценного металлического сырья. Это также устраняет лазейку прямого сброса сточных вод с высоким содержанием солей и аммиака, полностью соответствуя строгим местным требованиям по контролю выбросов и экологическим проверкам для новой энергетической отрасли.