[發明專利]一種基于廢舊磷酸鐵鋰材料資源化利用的高級氧化有機廢水處理系統和方法

在審

• 申請號: 202111345003.5
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN113979529A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 郭耀廣;王璞;關杰;劉宇婧;陳乾乾;孫小虎;婁曉祎;李光宇;隋藝凡;李光裕;顧衛星
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發明公開了一種基于廢舊磷酸鐵鋰材料資源化利用的高級氧化有機廢水處理系統和方法；該系統包括高級氧化反應池、可拆卸式LFP填料腔體、[S(IV)]儲液罐以及廢水池和出水池等。LFP填料腔體裝配在高級氧化反應池中，廢水和亞硫酸鹽溶液分別加壓后混合通過廢水進水管路輸送到高級氧化反應池底部，然后廢水再穿過LFP填料腔體，基于LFP誘導S(IV)產生的具有高氧化活性的物種實現廢水凈化。本發明通過“以廢制廢”的思路巧妙地資源化利用價值較低的廢舊動力電池LFP材料；本發明可根據廢水處理要求靈活的減少或增加填料腔體達到最優處理工況，在實現廢舊電子廢棄物資源最大化利用的同時高效凈化有機廢水。

技術領域

本發明涉及電子廢棄物資源化、水處理及填料技術領域，具體涉及一種基于廢舊磷酸鐵鋰材料資源化利用的高級氧化有機廢水處理系統和方法。

背景技術

隨著鋰離子電池在便攜式電子產品和電動自行車及車輛中的大量應用，一定周期后大量的廢舊鋰離子電池急需進行處理或回收。據文獻報道，目前磷酸鐵鋰（LFP）電池占全球電池銷售市場的36%，如此巨大的體量為后續處理增加了巨大壓力。值得注意的是，廢舊LFP電池中的鐵相對便宜，現有的回收方法如濕法冶金和火法冶金，操作相對繁瑣，成本較高，不利于LFP電池的資源化回收。另外，在水處理填料領域中，常用的活性炭填料、陶粒填料和火山巖填料等，這些填料在水處理中多依靠于自身較大的比表面積，較強的吸附作用，表面生物掛膜來凈化水體。但在實際應用的過程中存在應用操作復雜，吸附飽和后二次回用成本較高且再生過程繁瑣，若對吸附飽和的填料處理不當很容易造成環境的二次污染，另外復雜水體環境下容易導致掛膜生物的失活，處理效率下降等問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于廢舊磷酸鐵鋰材料資源化利用的高級氧化有機廢水處理系統和方法；本發明基于廢舊的廉價LFP和亞硫酸鹽作用產生的高氧化性活性物種的清除廢水中的有機污染物，成本低，降解效率和礦化率更高且pH的適應范圍廣；同時本發明使用后的LFP填料可以進行二次回收，選擇性回收鋰產生二次經濟價值，效用更高。

本發明的原理如下：廢水同亞硫酸鹽S(IV)混合后進入高級氧化反應池，然后緩慢穿過LFP填料腔體，溶液中的亞硫酸鹽S(IV)被LFP材料吸附并誘導產生高氧化活性的硫酸根自由基、羥基自由基和單線態氧等活性物種，廢水中的污染物在活性物種的攻擊下分解，最終礦化產生水和二氧化碳，整個過程中曝氣口持續曝氣，為反應池提供充足的有氧環境。本發明的技術方案具體介紹如下。

一種基于廢舊磷酸鐵鋰材料資源化利用的高級氧化有機廢水處理系統，其包括廢水池、用于儲存亞硫酸鹽溶液的S(IV)儲液罐、若干高級氧化反應池和出水池；廢水池、S(IV)儲液罐分別通過廢水進水管、S(IV)進水管路和第一個高級氧化反應池相連，最后一個高級氧化反應池上設置出水口，出水口通過出水管和出水池相連；高級氧化反應池內可拆卸式裝配LFP填料腔體，LFP填料腔體的數目小于或等于高級氧化反應池的數目，高級氧化反應池的底部設置曝氣口，曝氣口通過曝氣管路和曝氣泵相連，高級氧化反應池的上部設置溢流堰，溢流堰排出的水由設置在相鄰高級氧化反應池之間的管渠接收，每個管渠分別通過S(IV)進水管路和S(IV)儲液罐相連，管渠的底部設置上水口，水經上水口進入下一個高級氧化反應池。

優選的，高級氧化反應池、LFP填料腔體獨立地為2個以上。

優選的，高級氧化反應池的頂部配有蓋板，蓋板和頂部之間呈可拆卸式連接。

優選的，廢水進水管以及連接S(IV)儲液罐和第一個高級氧化反應池的S(IV)進水管路上分別設置水泵。

優選的，廢水進水管、S(IV)進水管路和曝氣管路上分別設置閥門。

優選的，LFP填料腔體中的填料為廢舊動力電池拆解后無需其他方式處理得到的LFP正極材料。

本發明進一步提供一種基于上述高級氧化有機廢水處理系統的方法，具體步驟如下：首先開啟曝氣泵，確保廢水通過整個高級氧化反應池的過程中處于有氧的條件；