一种用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置和方法制造方法及图纸

一种用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置和方法，它涉及重金属回收同时处理污泥污水的方法，它要解决现有的微生物燃料电池处理电镀废水的方法难以回收重金属的技术问题。本装置包括依次排列的第一生物阳极室、生物阴极室、沉淀区、化学阴极室和第二生物阳极室；还包括外部贮电器或用电器；各室均设置石墨刷电极、气孔和出水孔；除化学阴极室外的石墨刷电极上附有功能菌，电极通过贮电器或用电器连接成闭合回路。方法：污泥放在第一生物阳极室和第二生物阳极室内封闭，将阴极培养基加入到生物阴极室内，将电镀废水加入到化学阴极室内，向沉淀区加入清水；生物阴极室曝气并按时更换阴极培养基、污泥和电镀废水，完成处理。

Device and method for recovering heavy metal from wastewater in electroplating industrial park and treating sludge sewage in park

An apparatus and method for recovering heavy metal wastewater of electroplating industrial park and Park sewage sludge treatment method, which relates to the recovery of the heavy metals in sewage sludge treatment at the same time, it is to solve the technical problems of electroplating wastewater treatment method of microbial fuel cell current difficult recovery of heavy metals. The device comprises a first biological anode chamber, which are arranged in the biological cathode chamber, precipitation zone, chemical bio anode cathode chamber and second chamber; including external storage appliances or appliance; the rooms are set up and the water outlet hole graphite electrode, graphite brush brush; in addition to chemical electric pole with outdoor cathode electrode through the function bacteria storage appliances or appliances connected into a closed loop. Methods: in the first place closed sludge biological anode chamber and second bio anode chamber and the cathode medium added to the bio cathode chamber, the electroplating wastewater chemical added to the cathode chamber, add water to the settling zone; biological aeration and timely replacement of the cathode cathode chamber medium, sludge and electroplating wastewater treatment completed.

【技术实现步骤摘要】
一种用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置和方法
本专利技术涉及重金属回收同时处理污泥污水的方法，属于生物电化学领域，具体为一种实现电镀工业园区电镀废水中重金属回收，同时实现污泥的资源化和稳定化并同步产电的方法。
技术介绍
由于电镀行业污染产生量大，为保护环境、便于管理，各省市将电镀企业集中，形成电镀工业园区统一运行管理。电镀厂在运行过程中产生的大量废水来源于电镀前处理、镀层漂洗、后处理、冲刷车间地面、镀槽渗漏或操作管理不当造成的跑、冒、滴、漏的各种槽液和用水等，所含主要重金属有铬、镉、铅、铜、镍、锌。若排放于环境，重金属离子会通过饮用水及食物链的富集作用，对人类产生更广泛和更严重的危害。根据电镀的类型对废水进行分类，一般可以分为含铬废水、含镍废水、含铜废水、含锌废水、含镉废水等。电镀厂废水中所含的重金属种类要看加工的物品和数量，通常电镀废水均以铬为主。电镀工业园区重金属废水处理最常用的方法有化学还原法、电解法和膜法。其中化学还原法投加的化学药剂量巨大，造成持续投资金额大，且外加试剂产生的二次污染。电解法是通电耗电量高，该方法不够经济有效。膜法能量消耗多，且易出现膜污染等问题。构建双室微生物燃料电池可以加速污泥中有机物的降解，同时实现阴极重金属离子的还原，目前利用微生物燃料电池处理电镀废水成为研究的热点。公开号为CN104386826A的中国专利公开了一种基于微生物燃料电池的含铬废水的处理和监测方法。该反应器为双室微生物燃料电池，在阳极室中以厌氧污泥和乙酸钠溶液为基质，阴极加入阴极液启动。电压稳定后阳极换用无氧的阳极液，阴极换用含铬电镀废水。此方法只是将Cr6+还原为Cr3+，并不能达到持续同步回收金属的效果。并且运行效果一般，在电镀废水中各种重金属存在的情况下，金属铬回收麻烦。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的微生物燃料电池处理电镀废水的方法难以回收重金属的技术问题，而提供一种用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置和方法。本专利技术的用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置包括依次排列的第一生物阳极室1、生物阴极室2、沉淀区3、化学阴极室4和第二生物阳极室5；还包括两个外部贮电器或用电器6；第一生物阳极室1与生物阴极室2之间用质子交换膜分隔，生物阴极室2与沉淀区3之间用阴离子交换膜分隔，沉淀区3与化学阴极室4之间用阳离子交换膜分隔，化学阴极室4与第二生物阳极室5之间用质子交换膜分隔；第一生物阳极室1的上部设置有一室气孔1-1，内部设置有一室石墨刷电极1-2，下部设置有一室出水孔1-3，第一生物阳极室1内还设置有一室参比电极1-4，一室石墨刷电极1-2上附有电化学活性菌；生物阳极室1用于添加污泥；参比电极1-4用于反映及表征极室内电化学活性菌的活性；生物阴极室2的上部设置有二室气孔2-1，内部设置有二室石墨刷电极2-2，下部设置有二室出水孔2-3，生物阴极室2中还设置有曝气装置2-4并填加适量石墨颗粒2-5；二室石墨刷电极2-2与石墨颗粒2-5上附着曝气生物活性菌，生物阴极室2内用于添加阴极培养基；沉淀区3的上部设置有三室气孔3-1，下部设置有三室出水孔3-2；沉淀区3中用于放置清水以收集重金属及其沉淀；化学阴极室4的上部设置有四室气孔4-1，内部设置有四室石墨刷电极4-2，下部设置有四室出水孔4-3；化学阴极室4用于添加电镀废水；第二生物阳极室5的上部设置有五室气孔5-1，内部设置有五室石墨刷电极5-2，下部设置有五室出水孔5-3；第二生物阳极室5内还设置有五室参比电极5-4，五室石墨刷电极5-2上附有电化学活性菌；第二生物阳极室5用于添加污泥；参比电极5-4用于反映及表征极室内电化学活性菌的活性；一室出水孔1-3与五室出水孔5-3用管路连通；一室石墨刷电极1-2和二室石墨刷电极2-2经外部贮电器或用电器6用导线连接成闭合回路，四室石墨刷电极4-2和五室石墨刷电极5-2通过外部贮电器或用电器6用导线连形成闭合回路；或者将一室石墨刷电极1-2与五室石墨刷电极5-2并联、二室石墨刷电极2-2和四室石墨刷电极4-2并联，阴极阳极再用导线通过外部贮电器或用电器6连接成闭合回路。将上述的装置用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的方法，按以下步骤进行：一、将污泥放在第一生物阳极室1和第二生物阳极室5内，封闭第一生物阳极室1的一室气孔1-1和第二生物阳极室5的气孔5-1；将阴极培养基加入到生物阴极室2内，将电镀废水加入到化学阴极室4内，向沉淀区3加入清水；二、保持第一生物阳极室1、生物阴极室2、化学阴极室4和第二生物阳极室5的温度为20～40℃，开启生物阴极室2内的曝气装置2-4，进行处理，每2～5天换一半阴极培养基，每5～10天换一次污泥，每2～5天换一次电镀废水，完成电镀工业园区污泥和电镀废水的处理。本专利技术中两个生物阳极室与阴极室间均使用质子交换膜隔开，此结构有利于阳极室内的质子快速传导到两侧阴极室；阳极室密闭厌氧，其内含有多种类有机物的厌氧污泥在厌氧条件下经水解酸化过程形成简单可溶性有机物，简单有机物被附着于石墨刷电极(1-2、5-2)上的电化学活性菌利用，在代谢过程中产生电子经电极传导至生物阴极室2内的石墨刷电极2-2和化学阴极室4内的石墨刷电极4-2；电子在化学阴极室4内被电镀废水利用参加化学反应，与质子和金属离子发生还原反应；电子在生物阴极室2内被曝气生物活性菌利用与H+和氧气反应生成水。阴极室和阳极室的石墨刷通过贮电器或用电器6用铜导线连接，从而将产生的电能加以利用。因此，五室反应装置中与阳极相连的化学阴极4具有还原电镀废水中金属离子的作用，而与阳极相连的生物阴极2具有产生OH-的作用，OH-可以用于沉淀金属离子。沉淀区3的两侧的阴离子交换膜和阳离子交换膜分别仅允许阴离子和阳离子通过，从而具有收集和沉淀金属及其氢氧化物的作用。本专利技术优势在于：①由于生物阴极室2和沉淀区3室之间的阴离子交换膜存在，可以阻止沉淀区3室、化学阴极室4内的重金属离子进入生物阴极室2破坏不耐受重金属的生物阴极，并且可以允许OH-通过，从而利用生物阴极室2调节沉淀区3的pH；由于沉淀区3和化学阴极室4之间的阳离子交换膜的存在，可以阻止沉淀区3室的OH-进入化学阴极室4提早生成重金属沉淀，影响重金属收集，并且可以允许重金属离子从化学阴极室4跨膜进入沉淀区3生成氢氧化物沉淀，进行重金属回收的富集和积累。②在确保足够大的接触面积和一定的水力停留时间后，反应器完全可以工业化，进行构型扩大，实现连续流，在最佳运行条件最佳还原速率的条件下连续回收电镀废水中的重金属。③好氧极室较厌氧极室有更强的稳定性和抗干扰能力，化学阴极室4和第二生物阳极室5的产电受废水中可还原的重金属浓度的影响，第一生物阳极室1和生物阴极室2运行及产电稳定，使得反应器的电能输出较为稳定。④重金属电镀废水不论条件(好氧、厌氧)不论浓度(中浓度、高浓度或超高浓度)不论纯度(是否有其他金属离子干扰)均可以进行降解，且不同于普通生物处理，高浓度重金属离子不会降低反应器降解效果，反而会一定程度上加快降解速率。⑤本专利技术可将Cr6+还原为Cr3+，并以Cr(OH)3的形态在沉淀区3沉淀收集；可将Cu2+还原为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置，其特征在于该装置包括依次排列的第一生物阳极室(1)、生物阴极室(2)、沉淀区(3)、化学阴极室(4)和第二生物阳极室(5)；还包括两个外部贮电器或用电器(6)；第一生物阳极室(1)与生物阴极室(2)之间用质子交换膜分隔，生物阴极室(2)与沉淀区(3)之间用阴离子交换膜分隔，沉淀区(3)与化学阴极室(4)之间用阳离子交换膜分隔，化学阴极室(4)与第二生物阳极室(5)之间用质子交换膜分隔；第一生物阳极室(1)的上部设置有一室气孔(1‑1)，内部设置有一室石墨刷电极(1‑2)，下部设置有一室出水孔1‑3，第一生物阳极室(1)内还设置有一室参比电极(1‑4)，一室石墨刷电极(1‑2)上附有电化学活性菌；参比电极1‑4用于反映及表征极室内电化学活性菌的活性；生物阴极室(2)的上部设置有二室气孔(2‑1)，内部设置有二室石墨刷电极(2‑2)，下部设置有二室出水孔(2‑3)，生物阴极室(2)中还设置有曝气装置(2‑4)并填加适量石墨颗粒(2‑5)；二室石墨刷电极(2‑2)与碳粒2‑5上附着曝气生物活性菌；沉淀区(3)的上部设置有三室气孔(3‑1)，下部设置有三室出水孔(3‑2)；化学阴极室(4)的上部设置有四室气孔(4‑1)，内部设置有四室石墨刷电极(4‑2)，下部设置有四室出水孔(4‑3)；第二生物阳极室(5)的上部设置有五室气孔(5‑1)，内部设置有五室石墨刷电极(5‑2)，下部设置有五室出水孔(5‑3)；第二生物阳极室(5)内还设置有五室参比电极5‑4，五室石墨刷电极(5‑2)上附有电化学活性菌；参比电极(5‑4)用于反映及表征极室内电化学活性菌的活性；一室出水孔(1‑3)与五室出水孔(5‑3)用管路连通；一室石墨刷电极(1‑2)和二室石墨刷电极(2‑2)经外部贮电器或用电器(6)用导线连接成闭合回路，四室石墨刷电极4‑2和五室石墨刷电极(5‑2)通过外部贮电器或用电器(6)用导线连形成闭合回路；或者将一室石墨刷电极(1‑2)与五室石墨刷电极(5‑2)并联、二室石墨刷电极(2‑2)和四室石墨刷电极4‑2并联，阴极阳极再用导线通过外部贮电器或用电器(6)连接成闭合回路。...

【技术特征摘要】
1.一种用于电镀工业园区废水中重金属回收同时处理园区污泥污水的装置，其特征在于该装置包括依次排列的第一生物阳极室(1)、生物阴极室(2)、沉淀区(3)、化学阴极室(4)和第二生物阳极室(5)；还包括两个外部贮电器或用电器(6)；第一生物阳极室(1)与生物阴极室(2)之间用质子交换膜分隔，生物阴极室(2)与沉淀区(3)之间用阴离子交换膜分隔，沉淀区(3)与化学阴极室(4)之间用阳离子交换膜分隔，化学阴极室(4)与第二生物阳极室(5)之间用质子交换膜分隔；第一生物阳极室(1)的上部设置有一室气孔(1-1)，内部设置有一室石墨刷电极(1-2)，下部设置有一室出水孔1-3，第一生物阳极室(1)内还设置有一室参比电极(1-4)，一室石墨刷电极(1-2)上附有电化学活性菌；参比电极1-4用于反映及表征极室内电化学活性菌的活性；生物阴极室(2)的上部设置有二室气孔(2-1)，内部设置有二室石墨刷电极(2-2)，下部设置有二室出水孔(2-3)，生物阴极室(2)中还设置有曝气装置(2-4)并填加适量石墨颗粒(2-5)；二室石墨刷电极(2-2)与碳粒2-5上附着曝气生物活性菌；沉淀区(3)的上部设置有三室气孔(3-1)，下部设置有三室出水孔(3-2)；化学阴极室(4)的上部设置有四室气孔(4-1)，内部设置有四室石墨刷电极(4-2)，下部设置有四室出水孔(4-3)；第二生物阳极室(5)的上部设置有五室气孔(5-1)，内部设置有五室石墨刷电极(5-2)，下部设置有五室出水孔(5-3)；第二生物阳极室(5)内还设置有五室参比电极5-4，五室石墨刷电极(5-2)上附有电化学活性菌；参比电极(5-4)用于反映及表征极室内电化学活性菌的活性；一室出水孔(1-3)与五室出水孔(5-3)用管路连通；一室石墨刷电极(1-2)和二室石墨刷电极(2-2)经外部贮电器或用电器(6)用导线连接成闭合回路，四室石墨刷电极4-2和五室石墨刷电极(5-2)通过外部贮电器或用电器(6)用导线连形成闭合回路；或者将一室石墨刷电极(1-2)与五室石墨刷电极(5-2)并联、二室石墨刷电极(2-2)和四室石墨刷电极4-2并联，阴极阳极再用导线通过外部贮电器或用电器(6)连接成闭合回路。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆良，于航，梁柱元，董全胜，姜珺秋，王琨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23