[发明专利]一种生物电化学处理系统的构建方法及处理电镀废水中铜、镍的应用

说明书

本发明涉及电镀废水处理技术领域，尤其是一种生物电化学处理系统的构建方法及处理电镀废水中铜、镍的应用，利用本发明的生物电化学系统(Bioelectrochemical system，BES)处理不同氧化还原电位的重金属离子，通过微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)处理高氧化还原电位的金属离子铜，并利用其产生的电能驱动微生物电解池(Microbial Electrolytic Cell，MEC)，可以实现MEC中低氧化还原电位金属离子镍的去除，整个过程不消耗外部电能，不产生二次污染，实现两种金属离子铜和镍的去除。

技术领域

本发明涉及电镀废水处理技术领域，具体领域为一种生物电化学处理系统及电镀废水中铜、镍的处理。

背景技术

电镀在各个领域中发挥着越来越重要的作用，在推动制造业发展的同时，也带来了严重的水污染问题。铜作为人体所必须的元素，与人体的造血功能密切相关，在铁参与形成血红蛋白过程中，铜起着关键的作用，但过多的接触，会导致湿疹和皮炎，严重的还会引起坏死性肝炎和溶血性贫血；镍则是最常见的导致接触过敏的金属元素，会导致肺部疾病和皮炎，严重的还会引起肺和肾功能的问题，这些金属一旦进入生态系统，将会对生态、环境、人类健康造成极大的危害。因此铜镍电镀废水的处理刻不容缓，在废水排放前必须进行处理，以达到排放标准，避免污染事件的发生。

目前，国内外常用的铜镍废水处理技术包括化学沉淀法、离子交换法、萃取法、电絮凝法、膜分离法、吸附法、生物法等，一些技术和方法已成功的应用到铜镍电镀废水的处理中。

专利(CN102162036A)通过预处理、离子交换吸附、离子交换再生成功的从电镀铜镍混合废水中富集铜和镍，并提高了树脂的再生率和离子交换处理能力，降低了运行成本。但预处理要求高，需要对铁离子和油类物质进行处理，否则会降低树脂处理能力，影响其在铜镍电镀废水处理中的应用。

专利(CN102251253A)针对含铜镍的废水，通过加入双氧水，对溶液进行预氧化处理，采用氨水调节pH值，萃取剂和煤油混合溶液萃取铜离子、镍离子，用硫酸溶液进行反萃取，从萃取剂中回收铜和镍。但在萃取过程中投加药剂较多，很容易造成二次污染。

专利(CN102815805A)将含铜、镍离子的废水通过装有重金属吸附材料的吸附交换柱，实现废水中铜和镍的去除，吸附交换后的废水投加中和剂中和，达到废水排放标准。针对吸附交换柱，采用硫酸溶液反洗重金属吸附材料，解吸吸附在材料表面的铜和镍，进一步方便后续的吸附交换效果。

专利(CN105296759A)采用化学沉淀法从废液中选择性分离有价金属，用固体NaOH调整pH值，在热态加入固体草酸进行恒温反应，使铜、镍以沉淀的形式予以分离，降温过滤后，用纯水对铜镍渣进行洗涤至洗液无色，滤渣经煅烧、酸溶工艺处理后分离并提取铜镍，铜镍的提取效率分别达95％和99％以上。但化学沉淀法成本高，条件不易控制，不易达到排放标准。

专利(CN105603194A)分别利用铜、镍离子萃取剂和反萃剂，添加膜助剂、膜溶剂及表面活性剂，选用适当的离子液体作为强化传质介质，将按比例配置好的原料液在高速搅拌下制得乳状液膜萃取剂，先回收废水中的铜，然后回收镍。其将萃取剂和反萃剂制成乳状液膜，实现萃取和反萃同步完成，萃取效率提高。

专利(CN106011473A)向含铜、镍废水中投入钙铝水滑石，并在常温下反应2～8小时，压滤分离出沉淀物，并于100～400℃下烘干，制备铜镍合金片，该工艺处理重金属废水操作便捷、流程简单、过程可控且无其他副反应，且实现了重金属废水的资源化利用，减少了重金属污染。

专利(CN107500436A)通过调节含镍、铜离子废镀液的pH值，加还原剂还原、化学沉淀、絮凝等方法实现废水中铜和镍的去除。其中，铜离子的去除率在85％以上，镍离子的去除率在95％以上，废镀液中的铜、镍离子的含量达到国家的排放标准。

发明内容