[发明专利]基于电化学还原辅助的生物吸附一体化反应器及含六价铬废水的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术的应用领域，特别涉及一种基于电化学还原辅助的生物吸附处理含六价铬废水的一体化反应器，以及利用该一体化反应器进行含六价铬废水的处理方法。 

背景技术

铬盐是一种重要的无机盐工业产品，广泛应用于电镀、鞣革、印染、医药、合金制造、木材防腐、汽油提纯等方面。在铬盐生产和应用过程中，产生大量含铬废水，对环境构成了严重的威胁。废水中的铬主要以六价(Cr(VI))和三价(Cr(III))两种形态存在，其中，六价铬的毒性很高，对人体和其它生物体有致癌和致突变效应，长期接触六价铬会诱发食道癌和肺癌，引起腹痛、腹泻、头晕、呕吐和出血等。许多国家均将六价铬列为重点防治对象，制定了严格的环境标准。我国污水排放标准规定现有生产线中六价铬最高允许排放浓度为0.5mg/L，新建生产线为0.1mg/L。开发针对六价铬废水的有效处理工艺一直是环境领域研究的热点。 

目前国内外对六价铬废水的处理，主要采用化学还原-沉淀法、微电解法、离子交换法、活性炭吸附法、液膜分离法和反渗透法。这些方法各有优势，但也均存在着明显不足。化学还原-沉淀法产生大量含铬废渣，易造成二次污染，且只适用于高浓度含铬废水；微电解法沉渣量大，铁屑容易结块，影响处理系统运行；离子交换法技术要求高，一次性投资大，占地面积大，树脂氧化的问题还有待解决；活性炭吸附法中活性炭再生操作复杂，再生方法、工艺流程等需进一步改进；液膜分离法处理成本较高，工艺技术还不成熟；反渗透法投资大，运行费用高，薄膜寿命短。生物吸附是近年来兴起的一种重金属废水处理新技术，与传统方法相比，有着费用低廉，吸附剂来源广泛，无需后续污泥处理等优点。褐藻是一种最常见的生物吸附剂，其来源丰富、 容易获得，对多种重金属(如Cu，Cd，Zn，Ni，Pd等)均有良好的吸附性能。许多研究也报道褐藻可用作除Cr(VI)的生物吸附剂，但同时也普遍发现一个问题，即Cr(VI)在褐藻吸附剂上吸附速率十分缓慢，达吸附平衡的时间很长，通常需要48～72小时，甚至更长的时间，大大限制了这种优质廉价的生物吸附剂在含六价铬废水处理方面的使用。本发明将电化学还原和生物吸附有效结合，构建了一种电化学还原辅助的生物吸附工艺，解决了单独使用褐藻工艺中吸附效率低的问题，充分发挥了生物吸附技术的优势，在高效去除Cr(VI)的同时，还可有效去除总Cr。 

发明内容

本发明目的之一是提供一种基于电化学还原辅助的生物吸附处理含六价铬废水的一体化反应器。 

本发明的目的之二是提供利用目的一的一体化反应器进行含六价铬废水的处理方法。 

本发明采用适当的方法对褐藻吸附剂进行改性，进一步优化其吸附性能；制备活性高、寿命长、价格适中的电极材料；将电化学作用引入到生物吸附过程中，设计基于电化学还原辅助的生物吸附处理含六价铬废水的一体化反应器，优化运行参数，利用电化学还原将六价铬快速、有效地转化为三价铬，同时充分发挥改性的褐藻对三价铬高效吸附的优势，同步有效去除六价铬和三价铬，以达到快速、高效、方便、安全地去除废水中Cr(VI)和总Cr的目的。 

本发明的方法是将电化学还原和生物吸附有效结合，利用电化学直接还原和原子氢间接电化学还原将六价铬高效地转化为三价铬，同时充分发挥改性的褐藻生物吸附剂对三价铬阳离子吸附速率快、容量大的优势，同步有效去除六价铬和总铬。本发明解决了单独使用褐藻处理六价铬废水工艺中吸附效率低的问题，充分发挥出了生物吸附这种新兴技术的优势。本发明设计了电化学还原辅助的生物吸附一体化反应器，将电化学还原过程和生物吸附过程同步完成，简化工艺，节约成本。本发明工艺简单，设备紧凑，操作简便，处理效果显著。 

本发明的基于电化学还原辅助的生物吸附处理含六价铬废水的一体化反 应器包括：阴极、阳极、改性的褐藻生物吸附剂、质子交换膜、搅拌桨、搅拌电机和直流电源； 

一所述的质子交换膜将作为所述的一体化反应器主体的容器分隔为阴极室和阳极室两部分，其中在阴极室中设置有所述的阴极和与所述的搅拌电机相连接的所述的搅拌桨，在阳极室中设置有所述的阳极；所述的阴极和所述的阳极分别通过电线与所述的容器外的所述的直流电源相连接； 

在所述的阴极室的下部的容器壁上设置有出水口，在该出水口上部的容器壁上设置有进水口，在所述的阳极室的下部的容器壁上设置有出水口，在该出水口上部的容器壁上设置有进水口； 

在所述的阴极室中装载有所述的改性的褐藻生物吸附剂。 

在所述的出水口和所述的进水口处安装有阀门。