معالجة متكاملة لمياه بطاريات الليثيوم في شيكاغو بالولايات المتحدة الأمريكية | مياه فائقة النقاء، واسترجاع الملاط، وإعادة استخدام مياه الصرف الصحي

صُمّمت هذه المنظومة المتكاملة خصيصًا لمصانع إنتاج بطاريات الليثيوم في أمريكا الشمالية، وهي تضم محطة مياه فائقة النقاء سعة ١٠ أطنان/ساعة، ووحدة استرجاع معلّقات البطاريات سعة ١٥ طنًا/يوم، ومنظومة إعادة تدوير مياه الصرف سعة ٤٠ طنًا/يوم. وتستعيد هذه المنظومة مذيب الـ NMP القيّم والمعلّقات الإلكترودية، بينما تعالج مياه الصرف الصناعي لإعادة استخدامها وفق المتطلبات التنظيمية البيئية الأمريكية.

المواصفات الفنية

وُضِعَ هَذا المَشْرُوع المُتكامِل لِمُعالَجَة الماء في مَرفَقٍ لِتصنيع بطاريات الطاقة الجَديدَة في شيكاغو، بالولايات المتّحدة الأمريكية، وبسعة معالجة إجمالية تبلغ ٤١ مترًا مكعبًا/يوميًّا. وتتكوّن الحَلّ الكامل من ثَلاثَة وحدات عمليّات مترابطة:

• نظام ماء فائق النقاء بسعة ١٠ أطنان/ساعة، يعتمد على التناضح العكسي ذي المرورتين + التأين الكهربائي (EDI)
• وحدة استرجاع معجون البطاريات بسعة ١٥ طنًّا/يوميًّا
• نظام معالجة المياه الصناعية المُلوَّثَة وإعادة استخدامها بسعة ٤٠ طنًّا/يوميًّا

تدفق العملية

١. إنتاج الماء الفائق النقاء

الماء الخام → المعالجة الأولية → التناضح العكسي ذي المرورتين (RO) → التأين الكهربائي (EDI) → التلميع بواسطة أعمدة خلطية

ويُنتِج النظام باستمرار ١٠ أطنان/ساعة من الماء الفائق النقاء لاستخدامه في طلاء أقطاب البطاريات، وتنظيف المعدات، وسائر العمليات الإنتاجية التي تتطلّب نقاءً عاليًا.

٢. استرجاع معجون البطاريات

يُوجَّه ماء الصرف الناتج عن معجون البطاريات إلى وحدة الاسترجاع المتكاملة، حيث تُفصَل مذيب الـNMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) القيّم والمواد الصلبة لأقطاب البطاريات، ثم تُسترجع لإعادة الاستخدام، ما يقلّل استهلاك المواد الأولية بشكلٍ كبير.

٣. معالجة مياه الصرف وإعادة تدويرها

يتم دمج ماء الترشيح المستعاد من المعلق مع مياه الصرف الصناعي الأخرى وتمريره عبر عملية المعالجة التالية:

خزان ضبط درجة الحموضة → التحمض والتلبد والترسيب → الأكسدة المتقدمة باستخدام تفاعل فنتون → التحمض التحللي + المعالجة البيولوجية بالتجويف الهوائي/اللاهوائي مع غشاء بيولوجي (A/O-MBR) → الترشيح بالكربون النشط + الترشيح بالرمل → خزان المياه المعالجة لإعادة الاستخدام

تعالج المنظومة ٤٠ طنًّا يوميًّا من مياه الصرف الصناعي وتُعيد تزويد منشأة الإنتاج بالمياه المعالجة.

خصائص النظام

• كفاءة عالية في استرجاع مذيب الـ NMP القيِّم ومعلق البطاريات
• إزالة فعَّالة للمركبات العضوية ذات تركيز الكيميائي للأكسجين العالي (COD)، والمذيبات، والمواد العالقة، والملوثات الغروية
• تحكم آلي كامل قائم على وحدة التحكم القابلة للبرمجة (PLC) مع إمكانية المراقبة عن بُعد
• مصممة وفق معايير الكهرباء في أمريكا الشمالية وظروف التشغيل الصناعي في الخارج
• توليد قليل للطين وانخفاض في استهلاك المواد الكيميائية
• تصميم مدمج مُركَّب على منصّة قياسية لمصانع تصنيع البطاريات القياسية
• تتوافق المياه المعالجة مع متطلبات التصريف الصناعي المحلية ومتطلبات إعادة استخدام المياه

التطبيقات

هذه الحلول المتكاملة لمعالجة المياه مصممة خصيصًا لمصنّعي بطاريات الليثيوم-أيون، وبطاريات المركبات الكهربائية، وبطاريات تخزين الطاقة، وبطاريات الطاقة الجديدة في جميع أنحاء الولايات المتحدة وأمريكا الشمالية.

وهي تغطي كامل عملية إنتاج البطاريات، ومن بينها:

• تحضير عجينة الإلكترود
• طلاء الإلكترود
• تنظيف المعدات
• توفير مياه الإنتاج
• معالجة مياه الصرف الصحي
• إعادة تدوير المياه

وتواجه عمليات تصنيع البطاريات عمومًا تحديين رئيسيين:

• الطلب المتواصل على مياه فائقة النقاء ومستقرة لضمان جودة البطاريات وكفاءة الإنتاج.
• تحتوي مياه الصرف الناتجة عن عجينة الإلكترود على مذيب NMP قيّم ومواد إلكترودية. ويؤدي التصريف المباشر إلى خسائر كبيرة في المواد، كما أن مياه الصرف العضوية عالية التركيز بالكربون العضوي المُستهلك (COD) تجعل الامتثال للمعايير البيئية أكثر صعوبةً باستمرار.

ويقدّم هذا الحل المتكامل في آنٍ واحد:

• إنتاج مياه فائقة النقاء
• استرجاع المواد القيّمة
• إعادة تدوير مياه الصرف الصناعي

مما يجعله مناسبًا جدًّا لـ:

• محطات تصنيع البطاريات الجديدة
• مشاريع توسيع الطاقة الإنتاجية
• تحديث المحطات القائمة
• التعديلات اللازمة للامتثال البيئي
• مصانع البطاريات الضخمة في الخارج

يتوافق النظام بالكامل مع المتطلبات البيئية الصارمة وإدارة النفايات الخطرة في أمريكا الشمالية.

مشروع معالجة المياه المتكامل لمصنع بطاريات الطاقة الجديدة في شيكاغو، الولايات المتحدة الأمريكية

مع استمرار التوسع السريع لصناعة بطاريات الليثيوم وتخزين الطاقة في أمريكا الشمالية، تحتاج شركات تصنيع البطاريات في منطقة شيكاغو إلى حلولٍ موثوقةٍ لكلٍّ من مياه المعالجة عالية النقاء ومياه الصرف الصناعي القابلة للاسترجاع. وتتطلب عمليات طلاء أقطاب البطاريات وإعداد المعلق والتنظيف الدقيق إمدادًا مستمرًّا بمياه فائقة النقاء، بينما تحتوي مياه الصرف الناتجة عن عمليات الإنتاج على مذيب NMP القيّم ومواد الأقطاب.

تتسم أنظمة المعالجة التقليدية المستقلة عادةً بالتجزئة، وتحتل مساحة أرضية كبيرة، وتوفّر كفاءة منخفضة في الاسترجاع. ويُلقى المذيب العضوي القيّم (NMP) ومخلفات المعلّق البطاري غالبًا مع مياه الصرف الصحي، ما يرفع تكاليف المواد الأولية ويشكّل تحديات بيئية جسيمة ناتجة عن ارتفاع الحمل العضوي ومحتوى المذيبات.

ولمعالجة هذه المشكلات، صمّمت شركة باي هوي بو حلًّا متكاملًا لمعالجة المياه يجمع بين إنتاج ماء فائق النقاء واسترجاع المعلّق وإعادة تدوير مياه الصرف في نظام آلي واحد، بسعة معالجة إجمالية تبلغ ٤١ مترًا مكعبًا يوميًّا. وتناسب التصميم المتكامل بشكل خاص مرافق تصنيع البطاريات الخارجية التي تتطلب أتمتة عاليةً وأدنى قدر ممكن من التشغيل اليدوي.

يَدخل ماء التغذية القادم أولاً إلى نظام الماء فائق النقاء، حيث تُزال المواد العالقة والكلور المتبقي أثناء المعالجة الأولية. ثم يُنقّى الماء عبر نظام تنقية بالتناضح العكسي ذي المرحلتين، يتبعه نظام التبادل الأيوني الكهربائي (EDI) ونظام التلميع بخليط الراتنجات للحصول باستمرار على ١٠ طن/ساعة من ماء فائق النقاء عالي الجودة، يستخدم في طلاء أقطاب البطاريات والتنظيف الدقيق، مما يضمن ثبات جودة التصنيع.

يتم معالجة مياه الصرف الناتجة عن عجينة البطاريات بشكل منفصل عبر وحدة استرجاع العجينة بسعة ١٥ طن/يوم، حيث تُستخدم تقنية الفصل بالغشاء لاسترجاع مذيب الـ NMP القيّم والمواد الصلبة لأقطاب البطاريات بكفاءة عالية. ويمكن إعادة هذه المواد المسترجعة مباشرةً إلى عملية تحضير العجينة، ما يقلل تكاليف شراء المواد الخام بشكل كبير.

يتم خلط مياه الصرف المتبقيّة مع مياه الصرف الأخرى الناتجة عن عمليات الإنتاج، ثم تُوجَّه إلى نظام معالجة وإعادة تدوير مياه الصرف بسعة ٤٠ طنًّا يوميًّا. وبعد ضبط درجة الحموضة (pH) والتخثير والترسيب لإزالة المواد العالقة والملوِّثات الغروية، تخضع مياه الصرف لعملية الأكسدة المتقدمة باستخدام كاشف فنتون، ما يؤدي فعّالياً إلى تفكيك المركبات العضوية المقاومة للتحلّل وتقليل مستويات الأكسجين الكيميائي المطلوب (COD). وبعدها، تمرّ المياه بمرحلة التحمض التحلّلي الهيدروليكي متبوعةً بالمعالجة البيولوجية بنظام الأكسدة/الاختزال مع وحدة الترشيح الغشائي الحيوي (A/O-MBR)، ما يساهم في إزالة الملوِّثات العضوية المتبقية. وأخيراً، تمرّ المياه بمرحلة التلميع عبر مرشحات الفحم النشط والرمل، ليُنتج ماءً معاد تدويره مناسبًا لتبريد المعدات وتنظيف الأرضيات وغيرها من التطبيقات الصناعية لإعادة الاستخدام، مما يقلّل استهلاك المياه العذبة بشكل كبير.

يعمل النظام بالكامل تلقائيًّا تحت منصة تحكُّم ذكية مبنية على وحدة التحكُّم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، مع إمكانات المراقبة عن بُعد. وقد صُمِّم المشروع ليتوافق مع مواصفات الكهرباء في أمريكا الشمالية ومتطلبات الامتثال البيئي، وهو يوفِّر إنتاجًا موثوقًا لمياه فائقة النقاء، ويستعيد مواد البطاريات القيِّمة، ويحقِّق إعادة تدوير فعَّالة لمياه الصرف الصناعي، كما يساعد المصنِّعين على خفض تكاليف التشغيل وتحقيق الإنتاج المستدام.

يمثِّل هذا المشروع حلاًّ متكاملًا رائدًا لمعالجة المياه في مرافق تصنيع بطاريات الليثيوم ووحدات تخزين الطاقة في الخارج.