專利名稱：：一種處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極裝置和高效回收金屬的方法，特別適合處理金屬離子含量低、金屬回收價值高的工業(yè)廢水。本實用新型屬于流化床電極電化學(xué)處理工業(yè)廢水的
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景我國制造業(yè)發(fā)達，工業(yè)廢水的排放量居全球之首。工業(yè)廢水(如冶金、電鍍、貴金屬加工、印染、制革等工業(yè)廢水)中通常含有大量的金屬離子，如金、銀、銅、鉛、鎘、鉻、鋅等。雖然這些金屬離子在廢水中的濃度很低，但由于其對環(huán)境和人類危害極大，在排放前必須進行嚴(yán)格的凈化處理，而且這些金屬離子的回收價值很高，非常有必要開發(fā)新型高效的無害化與資源化回收裝置和方法。目前，工業(yè)廢水處理方法主要可以分為四大類物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法。物理法主要包括懸浮態(tài)污染物質(zhì)分離(如除去油脂)、蒸發(fā)濃縮等，這些方法一般只是作為其他處理方法中的一個環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)法是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的方法，它主要是通過向廢水中加入相應(yīng)的化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)將污染物變成無害或低毒性的物質(zhì)(如加入次氯酸鈉氧化氰離子、加入硫酸亞鐵將六價鉻還原成毒性較小的三價鉻等)，或者將其變?yōu)槿菀着c污水分離的物質(zhì)后采用物理方法去除(如加入碳酸鈉將銅、鎘、鉻、鉛等重金屬沉淀后分離)。這種方法操作簡單、設(shè)備投資費用低、對高濃度金屬離子的去除效果較為穩(wěn)定，但是當(dāng)金屬離子濃度降低到一定程度后，進一步去除的效果非常有限，另外，該方法還存在嚴(yán)重的二次污染問題(如產(chǎn)生大量有毒有害污泥、可能會引入新的污染物等)，資源化效果差，難以滿足日益嚴(yán)格的排放要求。生物法是利用微生物的生命活動過程，將廢水中的污染物進行轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，如用脫色桿菌厭氧處理含鉻廢水、用假單孢菌加活性污泥處理含鉻廢水等，但是該方法僅限于單一菌株處理單一污染物，而且受其他污染物干擾很大，凈化效果非常不穩(wěn)定。物理化學(xué)法是通過物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的方法，如離子交換法、活性炭吸附法、電化學(xué)法等。離子交換法是將交換樹脂中的離子與廢水中的重金屬離子進行交換，達到凈化污水的目的，其缺點是僅對某些特定的陰陽離子有較好的凈化效果，且特別容易被污水中的其他污染物污染，，加上交換樹脂價格高，再生運行成本高，大規(guī)模推廣難度較大。活性碳吸附法主要是利用活性碳發(fā)達的微孔捕集、吸附污染物(包括重金屬離子、固體微粒、有機物等)，其缺點是對于污染物的脫除的選擇性很差，難以進行資源化利用，加上活性碳耗量大，再生效果不理想，廢棄的活性碳需要作為危險廢棄物處理，存在潛在的二次污染。電化學(xué)法不需要添加任何化學(xué)藥劑，并且操作靈活、流程簡單，不會產(chǎn)生二次污染(如污泥、廢渣等)，能夠有效回收經(jīng)濟價值較高的金屬(如金、銀、銅、鋅等)，故電化學(xué)處理法又被稱作清潔處理法。當(dāng)前的電化學(xué)反應(yīng)置主要分為平板電極反應(yīng)器和流態(tài)化電極反應(yīng)器兩種。平板電極反應(yīng)器的陰、陽電極為平行的成對布置的平板，該裝置運行過程中，污染物濃差極化大，電流密度小(一般最多只能達到200300A/m3)，電流效率低(最高只有8085%)。流態(tài)化電極反應(yīng)器是一個由隔膜將陰、陽兩極隔開的化學(xué)電池，在一個半電池內(nèi)(陰極反應(yīng)區(qū))，插入饋電極，再加入導(dǎo)電顆粒(與擬回收的金屬類型相同的金屬顆粒)，底部設(shè)置液體分布板，促使反應(yīng)區(qū)內(nèi)的顆粒呈流化狀態(tài)，形成流態(tài)化電極。陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)顆粒之間及與饋電極之間的碰撞頻繁，促使顆粒帶電；顆粒在陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流態(tài)化運動大大加快液體與顆粒間的傳質(zhì)速率，使金屬離子的濃差極化大大降低，可將電化學(xué)反應(yīng)的電流密度提高到15002500A/m將電流效率增加到95%以上，而且設(shè)備體積大為減小。[0007]目前的流化床電極反應(yīng)器中普遍使用金屬顆粒作為流化介質(zhì)，其比表面積極小，對于金屬離子本身沒有捕集能力，完全依靠金屬離子還原成金屬單質(zhì)時沉積在金屬表面。當(dāng)金屬離子濃度很低，金屬離子還原沉積的速率很慢，所以，常規(guī)的流化床電極在低濃度金屬廢水的處理方面能力非常有限。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所解決的主要技術(shù)是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高低濃度的金屬離子廢水的凈化效果，同時提高廢水回收金屬純度的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是—種生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，包括廢水凈化反應(yīng)床和金屬回收反應(yīng)床，所述的廢水凈化反應(yīng)床包括凈化反應(yīng)床床體、廢水聯(lián)箱、流化分布管以及第一直流電轉(zhuǎn)換器，在所述的凈化反應(yīng)床床體上內(nèi)設(shè)置有第一絕緣滲透隔膜，所述的凈化反應(yīng)床床體被所述的第一絕緣滲透隔膜分為廢水凈化陽極反應(yīng)區(qū)和廢水凈化陰極反應(yīng)區(qū)，在廢水凈化陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有陽極以及廢水凈化陽極區(qū)出口，在廢水凈化陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有陰極饋電極、生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒和廢水凈化陰極區(qū)出口，所述的陽極與第一直流電轉(zhuǎn)換器的正極連接，所述的陰極與直流電轉(zhuǎn)換器的負(fù)極連接，在所述的凈化反應(yīng)床床體上還設(shè)置有流化分布管入口、生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒入口、富集金屬后生物質(zhì)導(dǎo)電炭出口，所述的流化分布管與所述的流化分布管入口鏈接；所述的金屬回收反應(yīng)床包括金屬回收反應(yīng)床床體、風(fēng)室聯(lián)箱、流化風(fēng)管以及第二直流電轉(zhuǎn)換器，在所述的金屬回收反應(yīng)床床體上內(nèi)設(shè)置有第二絕緣滲透隔膜，所述的金屬回收反應(yīng)床床體被所述的第二絕緣滲透隔膜分為金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)和金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)，在所述的金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有陽極饋電極、陽極反應(yīng)區(qū)氣體出口、生物質(zhì)導(dǎo)電炭回收口以及富集金屬后流化介質(zhì)入口，該富集金屬后流化介質(zhì)入口與所述的括廢水凈化反應(yīng)床的富集金屬后生物質(zhì)導(dǎo)電炭出口連接，在所述的金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)上設(shè)置有陰極饋電極、回收金屬出口、回收流化介質(zhì)入口以及陰極反應(yīng)區(qū)氣體出口，所述的陽極饋電極與第二直流電轉(zhuǎn)換器的正極連接，所述的陰極饋電極與第二直流電轉(zhuǎn)換器的負(fù)極連接，在所述的金屬回收反應(yīng)床床體上還設(shè)置有流化風(fēng)管入口，所述的流化風(fēng)管與所述的流化風(fēng)管入口鏈接。所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭回收口與所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒入口連接。所述的凈化反應(yīng)床床體的底板為傾斜式分布板，傾斜式分布板在廢水凈化陰極反應(yīng)區(qū)的富集金屬后生物質(zhì)導(dǎo)電炭出口處形成富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)。所述的金屬回收反應(yīng)床床體的底板為傾斜式布風(fēng)板，傾斜式布風(fēng)板在金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)的回收金屬出口處形成金屬顆粒長大后在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)。[0014]所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0.010.5Q*cm，比表面積為400900m2/g，孔隙率為0.130.18，密度為1.52.0。本實用新型采用專利申請《一種生物質(zhì)導(dǎo)電炭的制取方法(200810023948.3)》中所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭作為噴動流化床電極的流化介質(zhì)，該導(dǎo)電炭具有很好的導(dǎo)電性能(其電阻率僅為0.010.5Qcm)、很大比表面積(400900m2/g)和孔隙率(0.130.18)，而且導(dǎo)電炭密度適中(1.52.0)，來源廣泛且制備成本低(僅10002000元/噸)，是非常理想的流化介質(zhì)材料，表1是金屬銅、活性碳和生物質(zhì)導(dǎo)電炭的特性比較。[0016]表l金屬銅、活性碳及導(dǎo)電炭的特性比較[0017]<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點(1)、采用生物質(zhì)導(dǎo)電炭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬顆?；蛘呋钚蕴?，且同時具有金屬和活性碳的優(yōu)點，一方面導(dǎo)電性能良好，用其作為導(dǎo)電介質(zhì)形成的流化床電極反應(yīng)器電流密度高；另一方面，導(dǎo)電炭的比表面積大，具有很強的吸附能力，可以先吸附金屬離子后再將其進行還原，大大提高電流效率，對于低濃度的含金屬離子廢水尤其有效。(2)、本實用新型還采用了雙流化床電極技術(shù)(包含廢水凈化流化床電極和金屬回收流化床電極)，廢水凈化流化床電極中將低濃度的金屬富集在生物質(zhì)導(dǎo)電炭中，由于金屬密度遠大于導(dǎo)電炭，當(dāng)生物質(zhì)導(dǎo)電炭中吸附的金屬質(zhì)量達到一定程度時會主要沉積在凈化流化床電極的底部，通過螺旋輸送機送入金屬回收流化床電極內(nèi)。在金屬回收流化床電極內(nèi)，金屬會在陽極的作用下進行電化學(xué)反應(yīng)而溶解在溶液中，通過陰極反應(yīng)而被再次還原，從而回收。相對與普通的流化床電極來說，一方面將將低濃度的金屬離子進行濃縮后，濃度大大提高，采用金屬顆粒作為陰極的流化介質(zhì)可以大大提高電流效率，并利于回收利用；另一方面，在廢水凈化流化床電極中，通過電極電壓的控制，對需要回收的高價值的金屬進行了初步的有選擇性的篩選和精煉，使得在金屬回收流化床電極內(nèi)的金屬純度很高，從而提高回收金屬產(chǎn)品的品位。直接利用現(xiàn)有的金屬顆粒作為陰極的話，回收金屬的純度只有6070%，而采用本技術(shù)，回收金屬的純度達到90%以上。[0021](3)、此外，本實用新型中涉及的生物質(zhì)導(dǎo)電炭的材料易得，價格便宜(200400元/噸)，而且硬度小，對隔膜的磨損小，同時具有良好的導(dǎo)電性能和吸附能力，是非常理想的流化床電極的床料。圖1是本實用新型生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]其中1-廢水泵；2-廢水聯(lián)箱；3-流化分布管；4_傾斜式分布板；5_生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒；6_絕緣滲透隔膜；7-廢水凈化的陽極反應(yīng)區(qū)；8-廢水凈化的陽極；9_廢水凈化陽極區(qū)出口過濾層；10-廢水凈化陽極區(qū)出口；ll-直流電轉(zhuǎn)換器；12-廢水凈化的陰極饋電極；13-廢水凈化的陰極反應(yīng)區(qū)；14-廢水凈化陰極區(qū)出口過濾層；15-廢水凈化陰極區(qū)出口；16-生物質(zhì)導(dǎo)電炭料斗；17-富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)；18-螺旋輸送機；19-金屬回收反應(yīng)床的陽極反應(yīng)區(qū)氣體出口；20-生物質(zhì)導(dǎo)電炭循環(huán)料倉；21-螺旋輸送機；22-金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)；23-逆止閥；24-鼓風(fēng)機；25-廢水流量控制閥門；26-廢水流量計；27-風(fēng)量控制閥門；28-空氣流量計；29-逆止閥；30-流化風(fēng)管；31-風(fēng)室聯(lián)箱；32-傾斜式布風(fēng)板；33-金屬顆粒長大后在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)；34-金屬沉積后的大顆粒集箱；35-金屬回收運輸車；36-螺旋輸送機；37-金屬顆粒破碎篩分系統(tǒng)；38-金屬顆粒料斗；39-金屬回收的陰極反應(yīng)區(qū)；40-流態(tài)化的金屬顆粒；41-再生生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒匯集區(qū)；42-出口過濾器；43-金屬回收反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)氣體出口；44-絕緣滲透隔膜；45-金屬回收的陰極饋電極；46-金屬回收的陽極饋電極；47-直流電轉(zhuǎn)換器；48-廢水凈化反應(yīng)床；49-金屬回收反應(yīng)床。具體實施方式本實用新型生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器可分為廢水凈化反應(yīng)床48和金屬回收反應(yīng)床49兩個流化床電極反應(yīng)床，兩者之間有兩處連接。其一為富集了金屬的生物質(zhì)導(dǎo)電炭通過螺旋輸送機21從廢水凈化反應(yīng)床48中輸出并送入金屬回收反應(yīng)床49中；其二為再生后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭通過螺旋輸送機18及生物質(zhì)導(dǎo)電炭循環(huán)料倉20，從金屬回收反應(yīng)床49輸出并送入中廢水凈化反應(yīng)床48中。廢水凈化反應(yīng)床48的主體是一個采用傾斜式分布板的流化床電極反應(yīng)床，其特征在于在傾斜式分布板4的上方，傾斜式分布板4的傾斜角度為1050°，絕緣滲透隔膜6將空間分為廢水凈化的陽極反應(yīng)區(qū)7和廢水凈化的陰極反應(yīng)區(qū)13兩個區(qū)域，由于絕緣滲透隔膜6的作用，兩個區(qū)域間液體和離子可以自由交換，但固體顆粒不能交換。傾斜式分布板4下方布置具有廢水聯(lián)箱2的流化分布管3，廢水流量由廢水流量控制閥門25和廢水流量計26調(diào)節(jié)，為防止廢水回流，在廢水聯(lián)箱2與廢水流量計26之間設(shè)置逆止閥23。為了更好的控制廢水凈化的陽極反應(yīng)區(qū)7和廢水凈化的陰極反應(yīng)區(qū)13兩個區(qū)域內(nèi)的流化狀態(tài)，以上所提及的廢水聯(lián)箱2、流化分布管3、廢水流量控制閥門25、廢水流量計26、逆止閥29等在兩個反應(yīng)區(qū)的傾斜式布風(fēng)板4下方分別設(shè)置。廢水凈化反應(yīng)床48內(nèi)的陽極和陰極分別與直流電轉(zhuǎn)換器11的正負(fù)極相連，兩者之間的電壓由直流電轉(zhuǎn)換器11調(diào)節(jié)。凈化后的廢水分別從廢水凈化陽極區(qū)出口IO和廢水凈化陰極區(qū)出口15排出。在廢水凈化的陽極反應(yīng)區(qū)7內(nèi)插入石墨或者惰性金屬(如鉛銻合金等)制成的一個或者多個廢水凈化的陽極8，陽極區(qū)一般不需要加入流化床料(如果需要，也可以加入適量的石墨或者惰性金屬顆粒作為流化床料)。廢水凈化的陰極反應(yīng)區(qū)13內(nèi)插入一個或者多個廢水凈化的陰極12，并加入適量的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒5(粒徑在l5mm之間)作為流化床料。廢水凈化的陰極反應(yīng)區(qū)13內(nèi)的流化速度控制在生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒5的臨界流化速度的1.41.8倍。生物質(zhì)導(dǎo)電炭在流化過程中一方面會與廢水凈化的陰極饋電極12頻繁碰撞，從而帶上負(fù)電荷，另一方面還會捕集廢水中的金屬離子；在電化學(xué)反應(yīng)的作用下，廢水中的金屬離子會被還原成金屬單質(zhì)并富集在生物質(zhì)導(dǎo)電炭內(nèi)或者其表面。富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒密度增加到34倍后，會在富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)17聚集，通過螺旋輸送機21送入金屬回收反應(yīng)床48內(nèi)。當(dāng)富集在生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒中的大部分金屬被金屬回收反應(yīng)床49回收后，再生生物質(zhì)導(dǎo)電炭的密度會降低到原始生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒密度的1.01.5倍，由于金屬回收反應(yīng)床49中氣泡的浮力和攜帶作用，將再生生物質(zhì)導(dǎo)電炭攜帶到溶液表面，通過螺旋輸送機18送出，通過生物質(zhì)導(dǎo)電炭循環(huán)料倉20和生物質(zhì)導(dǎo)電炭料斗16后，再次送入廢水凈化反應(yīng)床48內(nèi)。金屬回收反應(yīng)床49主體是一個采用傾斜式布風(fēng)板的三相(空氣、稀硫酸溶液、富集金屬的生物質(zhì)導(dǎo)電炭或者金屬顆粒)流化床電極反應(yīng)床，其特征在于在傾斜式布風(fēng)板32的上方，傾斜式布風(fēng)板32的傾斜角度為1050°，絕緣滲透隔膜44將空間分為金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)22和金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)39兩個區(qū)域，由于絕緣滲透隔膜44的作用，兩個區(qū)域間液體和離子可以自由交換，但固體顆粒不能交換。傾斜式布風(fēng)板32下方布置具有風(fēng)室聯(lián)箱31的流化風(fēng)管30，空氣流量由風(fēng)量控制閥門27和空氣流量計28調(diào)節(jié)，為防止液體回流，在風(fēng)室聯(lián)箱31與空氣流量計28之間設(shè)置逆止閥29。由于金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)22和金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)39內(nèi)的流化床料密度差異較大，以上所提及的風(fēng)室聯(lián)箱31、流化風(fēng)管30、風(fēng)量控制閥門27、空氣流量計28、逆止閥29等均在兩個反應(yīng)區(qū)的傾斜式布風(fēng)板32下方分別設(shè)置。金屬回收反應(yīng)床內(nèi)的液體主要是稀硫酸溶液(濃度0.050.2mol/L)。金屬回收反應(yīng)床49內(nèi)的陽極和陰極分別與直流電轉(zhuǎn)換器47的正負(fù)極相連，兩者之間的電壓由直流電轉(zhuǎn)換器47調(diào)節(jié)。流化氣體分別從金屬回收反應(yīng)床的陽極反應(yīng)區(qū)氣體出口19和金屬回收反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)氣體出口43排出。在金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)22內(nèi)插入石墨或者惰性金屬(如鉛銻合金等)制成的一個或者多個金屬回收的陽極饋電極46，陽極區(qū)內(nèi)以富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒為流化床料，表觀流化風(fēng)速為0.10.3m/s。富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒一方面會與金屬回收的陽極饋電極46頻繁碰撞，獲得正電荷；在電化學(xué)反應(yīng)的作用下，富集在生物質(zhì)導(dǎo)電炭上的金屬會溶解成金屬離子，并透過絕緣滲透隔膜44到達金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)39后被還原并回收。當(dāng)生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒中的大部分金屬溶解后，其密度會降低到原始生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒密度的1.01.5倍，會在氣泡的浮力和攜帶作用下，浮到溶液表面，并匯聚到再生生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒匯集區(qū)41，通過螺旋輸送機18送出，并通過生物質(zhì)導(dǎo)電炭循環(huán)料倉20和生物質(zhì)導(dǎo)電炭料斗16后，送入廢水凈化反應(yīng)床48內(nèi)。在金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)39內(nèi)，插入金屬(與擬回收金屬相同的金屬)制成的一個或者多個金屬回收的陰極饋電極45，流化床料為粒徑為0.10.5mm的金屬顆粒，表觀流化風(fēng)速為0.10.3m/s。金屬顆粒會與金屬回收的陰極饋電極45頻繁碰撞，獲得負(fù)電荷，在電化學(xué)反應(yīng)的作用下，將從金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)22通過絕緣滲透隔膜44滲透過來的金屬離子還原成金屬單質(zhì)，并富集在金屬顆粒表面，從而金屬顆粒會逐漸長大。當(dāng)金屬顆粒長大到粒徑為35mm的顆粒時，會匯集到金屬顆粒長大后在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)33內(nèi)，此時，通過螺旋輸送機送入金屬沉積后的大顆粒集箱34內(nèi)，一部分金屬直接送達金屬回收運輸車35進行回收，另一部分則經(jīng)過金屬顆粒破碎篩分系統(tǒng)37破碎篩分后，符合要求的金屬顆粒加入到金屬顆粒料斗38內(nèi)，再由螺旋輸送機送入金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)39內(nèi)作為流化床料，不符合要求的金屬顆粒送達金屬回收運輸車35進行回收。工作原理廢水凈化反應(yīng)床的陰極內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)方程式如下Mn++ne—MM為金屬或者金屬離子(1)廢水凈化反應(yīng)床的陽極內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)方程式如下aH20-ae+cCxHy0z—aH++cC02+dC0+eH20+f02CxHy0z為污水中的有機物(2)金屬回收反應(yīng)床的陰極內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)方程式如下Mn++n6—M為金屬或者金屬離子(3)金屬回收反應(yīng)床的陽極內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)方程式如下M-ne—Mn+M為金屬或者金屬離子(4)工作過程廢水凈化反應(yīng)床內(nèi)廢水進入陽極反應(yīng)區(qū)，在電極周圍發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)方程式(2)所示。廢水凈化反應(yīng)床內(nèi)廢水進入陰極反應(yīng)區(qū)，促使陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒處于流化狀態(tài)，流態(tài)化的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒頻繁與陰極饋電極碰撞，獲得負(fù)電荷，同時生物質(zhì)導(dǎo)電炭利用其多孔性能捕集金屬離子，在此過程中，金屬離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)方程式(1)所示，金屬離子被還原成金屬單質(zhì)，并富集在生物質(zhì)導(dǎo)電炭上。當(dāng)生物質(zhì)導(dǎo)電炭上富集的金屬達到一定程度時，水流難以將其流化，在重力作用下匯集到傾斜式分布板的下游區(qū)域，由螺旋輸送機送入金屬回收反應(yīng)床。金屬回收反應(yīng)床的陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)，富集金屬的生物質(zhì)導(dǎo)電炭在流化空氣的作用下頻繁與陽極饋電極碰撞，獲得正電荷，富集在生物質(zhì)導(dǎo)電炭的金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)方程式(4)所示，產(chǎn)生大量的金屬離子。當(dāng)大部分富集的金屬溶解后，生物質(zhì)導(dǎo)電炭的密度大大降低，會被空氣氣泡攜帶到溶液表面，并被螺旋輸送機送回廢水凈化反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)，作為再生的生物質(zhì)導(dǎo)電炭使用。金屬離子透過絕緣滲透隔膜進入陰極反應(yīng)區(qū)，在陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)，金屬顆粒在流化空氣的作用下頻繁與陰極饋電極碰撞，獲得負(fù)電荷，金屬離子在帶有負(fù)電荷的金屬顆粒的周圍發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式(3)所示，還原的金屬單質(zhì)富集在金屬表面。使得金屬顆粒逐漸長大。當(dāng)金屬顆粒長大到一定程度時，流化空氣難以將其有效流化，在重力作用下匯集到傾斜式分布板的下游區(qū)域，由螺旋輸送機送出。送出的大顆粒金屬，一部分直接回收，另一部分則經(jīng)過金屬顆粒破碎篩分系統(tǒng)后，將符合要求的金屬顆粒再次加入金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)作為流化床料，將不符合粒徑要求的金屬顆粒進行回收。實施例1生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的廢水凈化反應(yīng)床截面為0.4mX0.4m的正方形，高0.6m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.09m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.3m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.01m，傾斜式分布板與水平面的傾角為30。。處理的廢水是含銅電鍍廢水，銅離子濃度為5.3mg/L，液體流量為4mVh。廢水凈化流化床電極陰陽兩極電壓為3V;陰極饋電極為三片均勻布置的0.35mX0.50m純銅板，厚度為5mm;陽極為一片鉛銻合金，尺寸為O.35mX0.50m，厚度為5mm。廢水凈化反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒粒徑為23mm，加入質(zhì)量約為2kg。生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的金屬回收反應(yīng)床截面為0.lmXO.lm的正方形，高O.4m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為0.lmXO.045m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.lmXO.045m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.01m，傾斜式分布板與水平面的傾角為30。。金屬回收反應(yīng)床內(nèi)加入的液體為0.08mol/L的硫酸溶液。金屬回收流化床電極陰陽兩極電壓為6V;陰極饋電極為一片均勻布置的O.lmXO.35m純銅板，厚度為5mm;陽極饋電極為一片鉛銻合金，尺寸為O.35mX0.50m，厚度為5mm。金屬回收反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入銅顆粒粒徑為0.20.3mm，加入總質(zhì)量為1.5kg，流化風(fēng)量12m3/h;陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)導(dǎo)電炭質(zhì)量約為0.3kg，流化風(fēng)量6mVh。處理廢水類型是含銅電鍍廢水，銅離子濃度為5.3mg/L，液體流量為4m3/h。實施效果凈化水銅離子濃度為0.03mg/L，金屬離子回收率達93X，回收金屬純度為91%。實施例2生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的廢水凈化反應(yīng)床截面為0.4mX0.4m的正方形，高0.6m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.09m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.3m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.01m，傾斜式分布板與水平面的傾角為30。。處理的廢水是含銅電鍍廢水，銅離子濃度為2.lmg/L，液體流量為3.5mVh。廢水凈化流化床電極陰陽兩極電壓為5V;陰極饋電極為三片均勻布置的0.35mX0.50m純銅板，厚度為5mm;陽極為一片鉛銻合金，尺寸為0.35mX0.50m，厚度為5mm。廢水凈化反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒粒徑為23mm，加入質(zhì)量約為3kg。生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的金屬回收反應(yīng)床截面為0.lmXO.lm的正方形，高O.4m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為0.lmXO.045m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.lmXO.045m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.01m，傾斜式分布板與水平面的傾角為30。。金屬回收反應(yīng)床內(nèi)加入的液體為0.08mol/L的硫酸溶液。金屬回收流化床電極陰陽兩極電壓為8V;陰極饋電極為一片均勻布置的O.lmXO.35m純銅板，厚度為5mm;陽極饋電極為一片鉛銻合金，尺寸為O.35mX0.50m，厚度為5mm。金屬回收反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入銅顆粒粒徑為0.20.3mm，加入總質(zhì)量為1.5kg，流化風(fēng)量12m3/h;陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)導(dǎo)電炭質(zhì)量約為0.3kg，流化風(fēng)量5mVh。處理廢水類型是含銅電鍍廢水，銅離子濃度為2.lmg/L，液體流量為3.5m3/h。實施效果凈化水銅離子濃度為0.02mg/L，金屬離子回收率達96%，回收金屬純度為94%。實施例3生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的廢水凈化反應(yīng)床截面為0.4mX0.4m的正方形，高0.6m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.09m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.3m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.01m，傾斜式分布板與水平面的傾角為30。。處理的廢水是含銀廢水，銀離子濃度為0.9mg/L，液體流量為2.5mVh。廢水凈化流化床電極陰陽兩極電壓為20V;陰極饋電極為三片均勻布置的0.35mX0.50m純銅板，厚度為5mm;陽極為一片鉛銻合金，尺寸為O.35mX0.50m，厚度為5mm。廢水凈化反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒粒徑為23mm，加入質(zhì)量約為3kg。生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的金屬回收反應(yīng)床截面為0.lmXO.lm的正方形，高O.4m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為O.lmXO.045m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.lmXO.045m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.Olm，傾斜式分布板與水平面的傾角為30°。金屬回收反應(yīng)床內(nèi)加入的液體為0.08mol/L的硫酸溶液。金屬回收流化床電極陰陽兩極電壓為20V;陰極饋電極為一片均勻布置的0.lmXO.35m純銅板，厚度為5mm;陽極饋電極為一片鉛銻合金，尺寸為0.35mX0.50m，厚度為5mm。金屬回收反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入鍍銀顆粒粒徑為0.20.3mm，加入總質(zhì)量為2.5kg，流化風(fēng)量15m3/h;陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)導(dǎo)電炭質(zhì)量約為0.3kg，流化風(fēng)量5mVh。處理廢水類型是含銀廢水，銀離子濃度為0.9mg/L，液體流量為2.5m3/h。實施效果凈化水銀離子濃度為0.01mg/L，金屬離子回收率達95X，回收金屬純度為98%。實施例4生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的廢水凈化反應(yīng)床截面為0.4mX0.4m的正方形，高0.6m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.09m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.4mX0.3m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.01m，傾斜式分布板與水平面的傾角為30。。處理的廢水是含鉛廢水，鉛離子濃度為0.6mg/L，液體流量為3.OmVh。廢水凈化流化床電極陰陽兩極電壓為20V;陰極饋電極為三片均勻布置的0.35mX0.50m純銅板，厚度為5mm;陽極為一根石墨棒，直徑0.03m，長度0.50m。廢水凈化反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒粒徑為23mm，加入質(zhì)量約為3kg。生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器的金屬回收反應(yīng)床截面為0.lmXO.lm的正方形，高O.4m。其中陽極反應(yīng)區(qū)截面為O.lmXO.045m，陰極反應(yīng)區(qū)截面為0.lmXO.045m，絕緣滲透隔膜為玻璃纖維板，厚0.Olm，傾斜式分布板與水平面的傾角為30°。金屬回收反應(yīng)床內(nèi)加入的液體為0.08mol/L的硫酸溶液。金屬回收流化床電極陰陽兩極電壓為15V;陰極饋電極為一片均勻布置的0.lmXO.35m純銅板，厚度為5mm;陽極饋電極為一根石墨棒，直徑0.03m，長度0.50m。金屬回收反應(yīng)床的陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入鉛顆粒粒徑為0.20.3mm，加入總質(zhì)量為4kg，流化風(fēng)量18mVh;陽極反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生物質(zhì)導(dǎo)電炭質(zhì)量約為O.3kg，流化風(fēng)量5m3/h。處理廢水類型是含鉛廢水，鉛離子濃度為0.9mg/L，液體流量為3.0m3/h。實施效果凈化水鉛離子濃度為0.008mg/L，金屬離子回收率達92%，回收金屬純度為94%。權(quán)利要求一種處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，其特征在于包括廢水凈化反應(yīng)床(48)和金屬回收反應(yīng)床(49)，所述的廢水凈化反應(yīng)床(48)包括凈化反應(yīng)床床體、廢水聯(lián)箱(2)、流化分布管(3)以及第一直流電轉(zhuǎn)換器(11)，在所述的凈化反應(yīng)床床體上內(nèi)設(shè)置有第一絕緣滲透隔膜(6)，所述的凈化反應(yīng)床床體被所述的第一絕緣滲透隔膜(6)分為廢水凈化陽極反應(yīng)區(qū)(7)和廢水凈化陰極反應(yīng)區(qū)(13)，在廢水凈化陽極反應(yīng)區(qū)(7)內(nèi)設(shè)置有陽極(8)以及廢水凈化陽極區(qū)出口(10)，在廢水凈化陰極反應(yīng)區(qū)(13)內(nèi)設(shè)置有陰極饋電極(12)、生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒(5)和廢水凈化陰極區(qū)出口(15)，所述的陽極(8)與第一直流電轉(zhuǎn)換器(11)的正極連接，所述的陰極饋電極(12)與第一直流電轉(zhuǎn)換器(11)的負(fù)極連接，在所述的凈化反應(yīng)床床體上還設(shè)置有流化分布管入口、生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒入口、富集金屬后生物質(zhì)導(dǎo)電炭出口，所述的流化分布管(3)與所述的流化分布管入口鏈接；所述的金屬回收反應(yīng)床(49)包括金屬回收反應(yīng)床床體、風(fēng)室聯(lián)箱(31)、流化風(fēng)管(30)以及第二直流電轉(zhuǎn)換器(47)，在所述的金屬回收反應(yīng)床床體上內(nèi)設(shè)置有第二絕緣滲透隔膜(44)，所述的金屬回收反應(yīng)床床體被所述的第二絕緣滲透隔膜(44)分為金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)(22)和金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)(39)，在所述的金屬回收陽極反應(yīng)區(qū)(22)內(nèi)設(shè)置有陽極饋電極(46)、陽極反應(yīng)區(qū)氣體出口、生物質(zhì)導(dǎo)電炭回收口以及富集金屬后流化介質(zhì)入口，該富集金屬后流化介質(zhì)入口與所述的括廢水凈化反應(yīng)床(48)的富集金屬后生物質(zhì)導(dǎo)電炭出口連接，在所述的金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)(39)上設(shè)置有陰極饋電極(44)、回收金屬出口、回收流化介質(zhì)入口以及陰極反應(yīng)區(qū)氣體出口，所述的陽極饋電極(46)與第二直流電轉(zhuǎn)換器(47)的正極連接，所述的陰極饋電極(44)與第二直流電轉(zhuǎn)換器(47)的負(fù)極連接，在所述的金屬回收反應(yīng)床床體上還設(shè)置有流化風(fēng)管入口，所述的流化風(fēng)管(30)與所述的流化風(fēng)管入口鏈接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，其特征在于所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭回收口與所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭顆粒入口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，其特征在于所述的凈化反應(yīng)床床體的底板為傾斜式分布板(4)，傾斜式分布板(4)在廢水凈化陰極反應(yīng)區(qū)(13)底部，富集金屬后的生物質(zhì)導(dǎo)電炭在重力作用下聚集在傾斜式分布板(4)下游處的聚集區(qū)(17)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，其特征在于所述的金屬回收反應(yīng)床床體的底板為傾斜式布風(fēng)板(32)，傾斜式布風(fēng)板(32)在金屬回收陰極反應(yīng)區(qū)(39)的回收金屬出口處形成金屬顆粒長大后在傾斜式分布板下游處的聚集區(qū)(33)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，其特征在于所述的生物質(zhì)導(dǎo)電炭的電阻率為0.010.5Q'cm，比表面積為400900m2/g，孔隙率為0.130.18，密度為1.52.0。專利摘要本實用新型公開一種處理低濃度金屬廢水的生物質(zhì)導(dǎo)電炭雙流化床電極反應(yīng)器，包括廢水凈化反應(yīng)床和金屬回收反應(yīng)床，所述的廢水凈化反應(yīng)床包括凈化反應(yīng)床床體、廢水聯(lián)箱、流化分布管以及第一直流電轉(zhuǎn)換器；所述的金屬回收反應(yīng)床包括金屬回收反應(yīng)床床體、風(fēng)室聯(lián)箱、流化風(fēng)管以及第二直流電轉(zhuǎn)換器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用生物質(zhì)導(dǎo)電炭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬顆?；蛘呋钚蕴?，且同時具有金屬和活性炭的優(yōu)點，一方面導(dǎo)電性能良好，用其作為導(dǎo)電介質(zhì)形成的流化床電極反應(yīng)器電流密度高；另一方面，導(dǎo)電炭的比表面積大，具有很強的吸附能力，可以先吸附金屬離子后再將其進行還原，大大提高電流效率，對于低濃度的含金屬離子廢水尤其有效。文檔編號C02F1/461GK201501809SQ20092023577公開日2010年6月9日申請日期2009年9月23日優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日發(fā)明者左武,肖剛,金保升申請人:東南大學(xué)