本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于電化學(xué)還原輔助的生物吸附處理含六價(jià)鉻廢水的一體化反應(yīng)器，以及利用該一體化反應(yīng)器進(jìn)行含六價(jià)鉻廢水的處理方法。一質(zhì)子交換膜將作為一體化反應(yīng)器主體的容器分隔為陰極室和陽(yáng)極室兩部分，其中在陰極室中設(shè)置有陰極和與攪拌電機(jī)相連接的攪拌槳，在陽(yáng)極室中設(shè)置有陽(yáng)極；陰極和陽(yáng)極分別通過電線與容器外的直流電源相連接；在所述的陰極室中裝載有所述的改性的褐藻生物吸附劑。上述方案構(gòu)成了本發(fā)明專利技術(shù)的一體化反應(yīng)器。本發(fā)明專利技術(shù)的含六價(jià)鉻廢水的處理是電化學(xué)還原過程和生物吸附過程在同一反應(yīng)器中同步完成，電化學(xué)過程所用的陰極和陽(yáng)極分別浸入到陰極室和陽(yáng)極室中，陰陽(yáng)兩極室之間以質(zhì)子交換膜隔開。本發(fā)明專利技術(shù)可同步有效去除六價(jià)鉻和總鉻。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于電化學(xué)還原輔助的生物吸附處理含六價(jià)鉻廢水的一體化反應(yīng)器，以及利用該一體化反應(yīng)器進(jìn)行含六價(jià)鉻廢水的處理方法。
技術(shù)介紹
鉻鹽是一種重要的無機(jī)鹽工業(yè)產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于電鍍、鞣革、印染、醫(yī)藥、合金制造、木材防腐、汽油提純等方面。在鉻鹽生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，產(chǎn)生大量含鉻廢水，對(duì)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。廢水中的鉻主要以六價(jià)(Cr(VI))和三價(jià)(Cr(III))兩種形態(tài)存在，其中，六價(jià)鉻的毒性很高，對(duì)人體和其它生物體有致癌和致突變效應(yīng)，長(zhǎng)期接觸六價(jià)鉻會(huì)誘發(fā)食道癌和肺癌，弓I起腹痛、腹瀉、頭暈、嘔吐和出血等。許多國(guó)家均將六價(jià)鉻列為重點(diǎn)防治對(duì)象，制定了嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定現(xiàn)有生產(chǎn)線中六價(jià)鉻最高允許排放濃度為O.5mg/L，新建生產(chǎn)線為O. lmg/L。開發(fā)針對(duì)六價(jià)鉻廢水的有效處理工藝一直是環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)六價(jià)鉻廢水的處理，主要采用化學(xué)還原-沉淀法、微電解法、離子交換法、活性炭吸附法、液膜分離法和反滲透法。這些方法各有優(yōu)勢(shì)，但也均存在著明顯不足。化學(xué)還原-沉淀法產(chǎn)生大量含鉻廢渣，易造成二次污染，且只適用于高濃度含鉻廢水；微電解法沉渣量大，鐵屑容易結(jié)塊，影響處理系統(tǒng)運(yùn)行；離子交換法技術(shù)要求高，一次性投資大，占地面積大，樹脂氧化的問題還有待解決；活性炭吸附法中活性炭再生操作復(fù)雜，再生方法、工藝流程等需進(jìn)一步改進(jìn)；液膜分離法處理成本較高，工藝技術(shù)還不成熟；反滲透法投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，薄膜壽命短。生物吸附是近年來興起的一種重金屬?gòu)U水處理新技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，有著費(fèi)用低廉，吸附劑來源廣泛，無需后續(xù)污泥處理等優(yōu)點(diǎn)。褐藻是一種最常見的生物吸附劑，其來源豐富、容易獲得，對(duì)多種重金屬(如Cu，Cd，Zn，Ni，Pd等)均有良好的吸附性能。許多研究也報(bào)道褐藻可用作除Cr (VI)的生物吸附劑，但同時(shí)也普遍發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，即Cr(VI)在褐藻吸附劑上吸附速率十分緩慢，達(dá)吸附平衡的時(shí)間很長(zhǎng)，通常需要48 72小時(shí)，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，大大限制了這種優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的生物吸附劑在含六價(jià)鉻廢水處理方面的使用。本專利技術(shù)將電化學(xué)還原和生物吸附有效結(jié)合，構(gòu)建了一種電化學(xué)還原輔助的生物吸附工藝，解決了單獨(dú)使用褐藻工藝中吸附效率低的問題，充分發(fā)揮了生物吸附技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在高效去除Cr(VI)的同時(shí)，還可有效去除總Cr。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的之一是提供一種基于電化學(xué)還原輔助的生物吸附處理含六價(jià)鉻廢水的一體化反應(yīng)器。本專利技術(shù)的目的之二是提供利用目的一的一體化反應(yīng)器進(jìn)行含六價(jià)鉻廢水的處理方法。本專利技術(shù)采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)褐藻吸附劑進(jìn)行改性，進(jìn)一步優(yōu)化其吸附性能；制備活性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格適中的電極材料；將電化學(xué)作用引入到生物吸附過程中，設(shè)計(jì)基于電化學(xué)還原輔助的生物吸附處理含六價(jià)鉻廢水的一體化反應(yīng)器，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，利用電化學(xué)還原將六價(jià)鉻快速、有效地轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻，同時(shí)充分發(fā)揮改性的褐藻對(duì)三價(jià)鉻高效吸附的優(yōu)勢(shì)，同步有效去除六價(jià)鉻和三價(jià)鉻，以達(dá)到快速、高效、方便、安全地去除廢水中Cr(VI)和總Cr的目的。本專利技術(shù)的方法是將電化學(xué)還原和生物吸附有效結(jié)合，利用電化學(xué)直接還原和原子氫間接電化學(xué)還原將六價(jià)鉻高效地轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻，同時(shí)充分發(fā)揮改性的褐藻生物吸附劑對(duì)三價(jià)鉻陽(yáng)離子吸附速率快、容量大的優(yōu)勢(shì)，同步有效去除六價(jià)鉻和總鉻。本專利技術(shù)解決了單獨(dú)使用褐藻處理六價(jià)鉻廢水工藝中吸附效率低的問題，充分發(fā)揮出了生物吸附這種新興技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了電化學(xué)還原輔助的生物吸附一體化反應(yīng)器，將電化學(xué)還原過程和生物吸附過程同步完成，簡(jiǎn)化工藝，節(jié)約成本。本專利技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊，操作簡(jiǎn)便，處理效果顯著。本專利技術(shù)的基于電化學(xué)還原輔助的生物吸附處理含六價(jià)鉻廢水的一體化反應(yīng)器包·括陰極、陽(yáng)極、改性的褐藻生物吸附劑、質(zhì)子交換膜、攪拌槳、攪拌電機(jī)和直流電源；一所述的質(zhì)子交換膜將作為所述的一體化反應(yīng)器主體的容器分隔為陰極室和陽(yáng)極室兩部分，其中在陰極室中設(shè)置有所述的陰極和與所述的攪拌電機(jī)相連接的所述的攪拌槳，在陽(yáng)極室中設(shè)置有所述的陽(yáng)極；所述的陰極和所述的陽(yáng)極分別通過電線與所述的容器外的所述的直流電源相連接；在所述的陰極室的下部的容器壁上設(shè)置有出水口，在該出水口上部的容器壁上設(shè)置有進(jìn)水口，在所述的陽(yáng)極室的下部的容器壁上設(shè)置有出水口，在該出水口上部的容器壁上設(shè)置有進(jìn)水口；在所述的陰極室中裝載有所述的改性的褐藻生物吸附劑。在所述的出水口和所述的進(jìn)水口處安裝有閥門。所述的陰極是在鈦(Ti)板基體上沉積有選自鈀、金、銠、釕貴金屬中的一種的貴金屬薄膜陰極。所述的貴金屬薄膜陰極是采用電化學(xué)沉積法進(jìn)行制備，如首先對(duì)鈦(Ti)板基體的表面用200目、400目、800目的砂紙分別打磨后，將鈦(Ti)板浸潰在濃度為10mol/L的NaOH水溶液中于90°C加熱2小時(shí)除油；然后用水沖洗后浸入到濃度為2mol/L的H2SO4水溶液中于60°C加熱2小時(shí)，取出洗凈后浸入到HCl水溶液(V(HCl) V(H2O) = I : 3)中煮沸I小時(shí)；取出用水沖洗干凈后放入貴金屬(選自鈀、金、銠、釕貴金屬中的一種)鍍液中進(jìn)行電沉積反應(yīng)。所述貴金屬鍍液的配制是將計(jì)量的貴金屬的可溶性前驅(qū)化合物溶解在鹽酸溶液中，配制濃度為O. 5 2mmol/L(以貴金屬計(jì))。所述電沉積反應(yīng)為恒電流控制，電流密度為-O. 5 -4mA/cm2,沉積時(shí)間為10 40分鐘。所述的陽(yáng)極選自鉬、氧化釕、氧化銥、氧化鉛等惰性導(dǎo)電材料中的一種。所述的質(zhì)子交換膜的材質(zhì)可為氟烯磺酸的聚合物。在本專利技術(shù)中質(zhì)子交換膜用來(I)分隔陰陽(yáng)兩室，不讓陽(yáng)極室的氧化氣氛影響陰極室的還原反應(yīng)；(2)H+可以從質(zhì)子交換膜自由通過，在兩室間交換，起到導(dǎo)電作用；(3)六價(jià)鉻陰離子不能通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極室。本專利技術(shù)的利用上述的一體化反應(yīng)器進(jìn)行含六價(jià)鉻廢水的處理方法，是電化學(xué)還原過程和生物吸附過程在同一反應(yīng)器中同步完成，電化學(xué)過程所用的陰極和陽(yáng)極分別浸入到陰極室和陽(yáng)極室中，陰陽(yáng)兩極室之間以質(zhì)子交換膜隔開；采用間歇式廢水處理方式，含六價(jià)鉻的廢水由陰極室的進(jìn)水口泵入到上述陰極室中，含O. 01 O. lmol/L硫酸鈉(Na2SO4)電解質(zhì)的水由陽(yáng)極室的進(jìn)水口泵入到上述陽(yáng)極室中；將改性的褐藻按照一定的固液比(優(yōu)選投加量為I 5g/L)由陰極室的上方(陰極室的上方為敞口)投入到陰極室中，攪拌，使所述的改性的褐藻保 持懸浮狀態(tài)；六價(jià)鉻(Cr(VI))在陰極室通過電化學(xué)直接還原和原子氫間接電化學(xué)還原，快速、有效地轉(zhuǎn)化成三價(jià)鉻(Cr(III));生成的Cr(III)重金屬離子與所述的改性的褐藻在溶液中充分接觸，Cr(III)被高效吸附去除；在陰極還原和生物吸附的有效結(jié)合下，在兩者的共同作用下，廢水中的六價(jià)鉻(Cr(VI))和總鉻(Cr)得到同步有效去除；反應(yīng)結(jié)束后，處理后的含鉻廢水由陰極室的出水口流出，含硫酸鈉(Na2SO4)電解質(zhì)的水可繼續(xù)使用，重復(fù)使用5 10次后再由陽(yáng)極室的出水口放出，由陽(yáng)極室的進(jìn)水口泵入新配制的含硫酸鈉(Na2SO4)電解質(zhì)的水。在進(jìn)行含六價(jià)鉻廢水的處理時(shí)，陰極與陽(yáng)極之間所施加的電壓為O. 5 2V，所處理的含六價(jià)鉻廢水的起始pH值為2 3。本專利技術(shù)中所述的改性的褐藻生物吸附劑雖然對(duì)Cr(VI)陰離子的去除速率緩慢，但對(duì)Cr(III)陽(yáng)離子的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于電化學(xué)還原輔助的生物吸附處理含六價(jià)鉻廢水的一體化反應(yīng)器包括：陰極、陽(yáng)極、改性的褐藻生物吸附劑、質(zhì)子交換膜、攪拌槳、攪拌電機(jī)和直流電源；其特征是：一所述的質(zhì)子交換膜將作為所述的一體化反應(yīng)器主體的容器分隔為陰極室和陽(yáng)極室兩部分，其中在陰極室中設(shè)置有所述的陰極和與所述的攪拌電機(jī)相連接的所述的攪拌槳，在陽(yáng)極室中設(shè)置有所述的陽(yáng)極；所述的陰極和所述的陽(yáng)極分別通過電線與所述的容器外的所述的直流電源相連接；在所述的陰極室的下部的容器壁上設(shè)置有出水口，在該出水口上部的容器壁上設(shè)置有進(jìn)水口，在所述的陽(yáng)極室的下部的容器壁上設(shè)置有出水口，在該出水口上部的容器壁上設(shè)置有進(jìn)水口；在所述的陰極室中裝載有所述的改性的褐藻生物吸附劑。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉會(huì)娟，侯一寧，曲久輝，趙旭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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