[发明专利]一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极反应器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极装置和高效回收金属的方法，特别适合处理金属离子含量低、金属回收价值高的工业废水。本发明属于流化床电极电化学处理工业废水的技术领域。

背景技术：

我国制造业发达，工业废水的排放量居全球之首。工业废水(如冶金、电镀、贵金属加工、印染、制革等工业废水)中通常含有大量的金属离子，如金、银、铜、铅、镉、铬、锌等。虽然这些金属离子在废水中的浓度很低，但由于其对环境和人类危害极大，在排放前必须进行严格的净化处理，而且这些金属离子的回收价值很高，非常有必要开发新型高效的无害化与资源化回收装置和方法。

目前，工业废水处理方法主要可以分为四大类：物理法、化学法、生物法和物理化学法。物理法主要包括悬浮态污染物质分离(如除去油脂)、蒸发浓缩等，这些方法一般只是作为其他处理方法中的一个环节。化学法是当前应用最广泛的方法，它主要是通过向废水中加入相应的化学药剂，通过化学反应将污染物变成无害或低毒性的物质(如加入次氯酸钠氧化氰离子、加入硫酸亚铁将六价铬还原成毒性较小的三价铬等)，或者将其变为容易与污水分离的物质后采用物理方法去除(如加入碳酸钠将铜、镉、铬、铅等重金属沉淀后分离)。这种方法操作简单、设备投资费用低、对高浓度金属离子的去除效果较为稳定，但是当金属离子浓度降低到一定程度后，进一步去除的效果非常有限，另外，该方法还存在严重的二次污染问题(如产生大量有毒有害污泥、可能会引入新的污染物等)，资源化效果差，难以满足日益严格的排放要求。生物法是利用微生物的生命活动过程，将废水中的污染物进行转移或转化，如用脱色杆菌厌氧处理含铬废水、用假单孢菌加活性污泥处理含铬废水等，但是该方法仅限于单一菌株处理单一污染物，而且受其他污染物干扰很大，净化效果非常不稳定。物理化学法是通过物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法，如离子交换法、活性炭吸附法、电化学法等。

离子交换法是将交换树脂中的离子与废水中的重金属离子进行交换，达到净化污水的目的，其缺点是仅对某些特定的阴阳离子有较好的净化效果，且特别容易被污水中的其他污染物污染，加上交换树脂价格高，再生运行成本高，大规模推广难度较大。

活性碳吸附法主要是利用活性碳发达的微孔捕集、吸附污染物(包括重金属离子、固体微粒、有机物等)，其缺点是对于污染物的脱除的选择性很差，难以进行资源化利用，加上活性碳耗量大，再生效果不理想，废弃的活性碳需要作为危险废弃物处理，存在潜在的二次污染。

电化学法不需要添加任何化学药剂，并且操作灵活、流程简单，不会产生二次污染(如污泥、废渣等)，能够有效回收经济价值较高的金属(如金、银、铜、锌等)，故电化学处理法又被称作清洁处理法。当前的电化学反应装置主要分为平板电极反应器和流态化电极反应器两种。平板电极反应器的阴、阳电极为平行的成对布置的平板，该装置运行过程中，污染物浓差极化大，电流密度小(一般最多只能达到200～300A/m³)，电流效率低(最高只有80～85％)。流态化电极反应器是一个由隔膜将阴、阳两极隔开的化学电池，在一个半电池内(阴极反应区)，插入馈电极，再加入导电颗粒(与拟回收的金属类型相同的金属颗粒)，底部设置液体分布板，促使反应区内的颗粒呈流化状态，形成流态化电极。阴极反应区内颗粒之间及与馈电极之间的碰撞频繁，促使颗粒带电；颗粒在阴极反应区内的流态化运动大大加快液体与颗粒间的传质速率，使金属离子的浓差极化大大降低，可将电化学反应的电流密度提高到1500～2500A/m³，将电流效率增加到95％以上，而且设备体积大为减小。

目前的流化床电极反应器中普遍使用金属颗粒作为流化介质，其比表面积极小，对于金属离子本身没有捕集能力，完全依靠金属离子还原成金属单质时沉积在金属表面。当金属离子浓度很低，金属离子还原沉积的速率很慢，所以，常规的流化床电极在低浓度金属废水的处理方面能力非常有限。

发明内容

本发明所解决的主要技术是针对上述现有技术的不足，提供一种提高低浓度的金属离子废水的净化效果，同时提高废水回收金属纯度的生物质导电炭双流化床电极反应器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：