CN101671069B

CN101671069B - 一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极反应器

Info

Publication number: CN101671069B
Application number: CN200910035271XA
Authority: CN
Inventors: 肖刚; 金保升; 左武
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN101671069A

Abstract

本发明公开一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极反应器，包括废水净化反应床和金属回收反应床，所述的废水净化反应床包括净化反应床床体、废水联箱、流化分布管以及第一直流电转换器；所述的金属回收反应床包括：金属回收反应床床体、风室联箱、流化风管以及第二直流电转换器。与现有技术相比，采用生物质导电炭代替传统的金属颗粒或者活性炭，且同时具有金属和活性炭的优点，一方面导电性能良好，用其作为导电介质形成的流化床电极反应器电流密度高；另一方面，导电炭的比表面积大，具有很强的吸附能力，可以先吸附金属离子后再将其进行还原，大大提高电流效率，对于低浓度的含金属离子废水尤其有效。

Description

一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极反应器

技术领域：

本发明涉及一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极装置和高效回收金属的方法，特别适合处理金属离子含量低、金属回收价值高的工业废水。本发明属于流化床电极电化学处理工业废水的技术领域。

背景技术：

我国制造业发达，工业废水的排放量居全球之首。工业废水(如冶金、电镀、贵金属加工、印染、制革等工业废水)中通常含有大量的金属离子，如金、银、铜、铅、镉、铬、锌等。虽然这些金属离子在废水中的浓度很低，但由于其对环境和人类危害极大，在排放前必须进行严格的净化处理，而且这些金属离子的回收价值很高，非常有必要开发新型高效的无害化与资源化回收装置和方法。

目前，工业废水处理方法主要可以分为四大类：物理法、化学法、生物法和物理化学法。物理法主要包括悬浮态污染物质分离(如除去油脂)、蒸发浓缩等，这些方法一般只是作为其他处理方法中的一个环节。化学法是当前应用最广泛的方法，它主要是通过向废水中加入相应的化学药剂，通过化学反应将污染物变成无害或低毒性的物质(如加入次氯酸钠氧化氰离子、加入硫酸亚铁将六价铬还原成毒性较小的三价铬等)，或者将其变为容易与污水分离的物质后采用物理方法去除(如加入碳酸钠将铜、镉、铬、铅等重金属沉淀后分离)。这种方法操作简单、设备投资费用低、对高浓度金属离子的去除效果较为稳定，但是当金属离子浓度降低到一定程度后，进一步去除的效果非常有限，另外，该方法还存在严重的二次污染问题(如产生大量有毒有害污泥、可能会引入新的污染物等)，资源化效果差，难以满足日益严格的排放要求。生物法是利用微生物的生命活动过程，将废水中的污染物进行转移或转化，如用脱色杆菌厌氧处理含铬废水、用假单孢菌加活性污泥处理含铬废水等，但是该方法仅限于单一菌株处理单一污染物，而且受其他污染物干扰很大，净化效果非常不稳定。物理化学法是通过物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法，如离子交换法、活性炭吸附法、电化学法等。

离子交换法是将交换树脂中的离子与废水中的重金属离子进行交换，达到净化污水的目的，其缺点是仅对某些特定的阴阳离子有较好的净化效果，且特别容易被污水中的其他污染物污染，加上交换树脂价格高，再生运行成本高，大规模推广难度较大。

活性碳吸附法主要是利用活性碳发达的微孔捕集、吸附污染物(包括重金属离子、固体微粒、有机物等)，其缺点是对于污染物的脱除的选择性很差，难以进行资源化利用，加上活性碳耗量大，再生效果不理想，废弃的活性碳需要作为危险废弃物处理，存在潜在的二次污染。

电化学法不需要添加任何化学药剂，并且操作灵活、流程简单，不会产生二次污染(如污泥、废渣等)，能够有效回收经济价值较高的金属(如金、银、铜、锌等)，故电化学处理法又被称作清洁处理法。当前的电化学反应装置主要分为平板电极反应器和流态化电极反应器两种。平板电极反应器的阴、阳电极为平行的成对布置的平板，该装置运行过程中，污染物浓差极化大，电流密度小(一般最多只能达到200～300A/m³)，电流效率低(最高只有80～85％)。流态化电极反应器是一个由隔膜将阴、阳两极隔开的化学电池，在一个半电池内(阴极反应区)，插入馈电极，再加入导电颗粒(与拟回收的金属类型相同的金属颗粒)，底部设置液体分布板，促使反应区内的颗粒呈流化状态，形成流态化电极。阴极反应区内颗粒之间及与馈电极之间的碰撞频繁，促使颗粒带电；颗粒在阴极反应区内的流态化运动大大加快液体与颗粒间的传质速率，使金属离子的浓差极化大大降低，可将电化学反应的电流密度提高到1500～2500A/m³，将电流效率增加到95％以上，而且设备体积大为减小。

目前的流化床电极反应器中普遍使用金属颗粒作为流化介质，其比表面积极小，对于金属离子本身没有捕集能力，完全依靠金属离子还原成金属单质时沉积在金属表面。当金属离子浓度很低，金属离子还原沉积的速率很慢，所以，常规的流化床电极在低浓度金属废水的处理方面能力非常有限。

发明内容

本发明所解决的主要技术是针对上述现有技术的不足，提供一种提高低浓度的金属离子废水的净化效果，同时提高废水回收金属纯度的生物质导电炭双流化床电极反应器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种生物质导电炭双流化床电极反应器，包括废水净化反应床和金属回收反应床，所述的废水净化反应床包括净化反应床床体、废水联箱、流化分布管以及第一直流电转换器，在所述的净化反应床床体上内设置有第一绝缘渗透隔膜，所述的净化反应床床体被所述的第一绝缘渗透隔膜分为废水净化阳极反应区和废水净化阴极反应区，在废水净化阳极反应区内设置有阳极以及废水净化阳极区出口，在废水净化阴极反应区内设置有阴极馈电极、生物质导电炭颗粒和废水净化阴极区出口，所述的阳极与第一直流电转换器的正极连接，所述的阴极与直流电转换器的负极连接，在所述的净化反应床床体上还设置有流化分布管入口、生物质导电炭颗粒入口、富集金属后生物质导电炭出口，所述的流化分布管与所述的流化分布管入口链接；所述的金属回收反应床包括：金属回收反应床床体、风室联箱、流化风管以及第二直流电转换器，在所述的金属回收反应床床体上内设置有第二绝缘渗透隔膜，所述的金属回收反应床床体被所述的第二绝缘渗透隔膜分为金属回收阳极反应区和金属回收阴极反应区，在所述的金属回收阳极反应区内设置有阳极馈电极、阳极反应区气体出口、生物质导电炭回收口以及富集金属后流化介质入口，该富集金属后流化介质入口与所述的括废水净化反应床的富集金属后生物质导电炭出口连接，在所述的金属回收阴极反应区上设置有阴极馈电极、回收金属出口、回收流化介质入口以及阴极反应区气体出口，所述的阳极馈电极与第二直流电转换器的正极连接，所述的阴极馈电极与第二直流电转换器的负极连接，在所述的金属回收反应床床体上还设置有流化风管入口，所述的流化风管与所述的流化风管入口链接。

所述的生物质导电炭回收口与所述的生物质导电炭颗粒入口连接。

所述的净化反应床床体的底板为倾斜式分布板，倾斜式分布板在废水净化阴极反应区的富集金属后生物质导电炭出口处形成富集金属后的生物质导电炭颗粒在倾斜式分布板下游处的聚集区。

所述的金属回收反应床床体的底板为倾斜式布风板，倾斜式布风板在金属回收阴极反应区的回收金属出口处形成金属颗粒长大后在倾斜式分布板下游处的聚集区。

所述的生物质导电炭的电阻率为0.01～0.5Ω·cm，比表面积为400～900m2/g，孔隙率为0.13~0.18，密度为1.5~2.0。

本发明采用专利申请《一种生物质导电炭的制取方法(200810023948.3)》中所述的生物质导电炭作为喷动流化床电极的流化介质，该导电炭具有很好的导电性能(其电阻率仅为0.01～0.5Ω·cm)、很大比表面积(400～900m2/g)和孔隙率(0.13~0.18)，而且导电炭密度适中(1.5~2.0)，来源广泛且制备成本低(仅1000～2000元/吨)，是非常理想的流化介质材料，表1是金属铜、活性碳和生物质导电炭的特性比较。

表1 金属铜、活性碳及导电炭的特性比较

项目	铜	活性碳	生物质导电炭
				电阻率，Ω·cm	1.7×10^-6	1~10×10³	0.01~5
比表面积，m²/g	4~8×10^-3	500~2000	300～500
				密度，t/m³	~8.9	1.9~2.7	2~3
价格元/吨	35000～60000	300～700	200～400

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)、采用生物质导电炭代替传统的金属颗粒或者活性碳，且同时具有金属和活性碳的优点，一方面导电性能良好，用其作为导电介质形成的流化床电极反应器电流密度高；另一方面，导电炭的比表面积大，具有很强的吸附能力，可以先吸附金属离子后再将其进行还原，大大提高电流效率，对于低浓度的含金属离子废水尤其有效。

(2)、本发明还采用了双流化床电极技术(包含废水净化流化床电极和金属回收流化床电极)，废水净化流化床电极中将低浓度的金属富集在生物质导电炭中，由于金属密度远大于导电炭，当生物质导电炭中吸附的金属质量达到一定程度时会主要沉积在净化流化床电极的底部，通过螺旋输送机送入金属回收流化床电极内。在金属回收流化床电极内，金属会在阳极的作用下进行电化学反应而溶解在溶液中，通过阴极反应而被再次还原，从而回收。相对与普通的流化床电极来说，一方面将将低浓度的金属离子进行浓缩后，浓度大大提高，采用金属颗粒作为阴极的流化介质可以大大提高电流效率，并利于回收利用；另一方面，在废水净化流化床电极中，通过电极电压的控制，对需要回收的高价值的金属进行了初步的有选择性的筛选和精炼，使得在金属回收流化床电极内的金属纯度很高，从而提高回收金属产品的品位。直接利用现有的金属颗粒作为阴极的话，回收金属的纯度只有60～70％，而采用本技术，回收金属的纯度达到90％以上。

(3)、此外，本发明中涉及的生物质导电炭的材料易得，价格便宜(200～400元/吨)，而且硬度小，对隔膜的磨损小，同时具有良好的导电性能和吸附能力，是非常理想的流化床电极的床料。

附图说明

图1是本发明生物质导电炭双流化床电极反应器结构示意图。

其中：1-废水泵；2-废水联箱；3-流化分布管；4-倾斜式分布板；5-生物质导电炭颗粒；6-绝缘渗透隔膜；7-废水净化的阳极反应区；8-废水净化的阳极；9-废水净化阳极区出口过滤层；10-废水净化阳极区出口；11-直流电转换器；12-废水净化的阴极馈电极；13-废水净化的阴极反应区；14-废水净化阴极区出口过滤层；15-废水净化阴极区出口；16-生物质导电炭料斗；17-富集金属后的生物质导电炭颗粒在倾斜式分布板下游处的聚集区；18-螺旋输送机；19-金属回收反应床的阳极反应区气体出口；20-生物质导电炭循环料仓；21-螺旋输送机；22-金属回收阳极反应区；23-逆止阀；24-鼓风机；25-废水流量控制阀门；26-废水流量计；27-风量控制阀门；28-空气流量计；29-逆止阀；30-流化风管；31-风室联箱；32-倾斜式布风板；33-金属颗粒长大后在倾斜式分布板下游处的聚集区；34-金属沉积后的大颗粒集箱；35-金属回收运输车；36-螺旋输送机；37-金属颗粒破碎筛分系统；38-金属颗粒料斗；39-金属回收的阴极反应区；40-流态化的金属颗粒；41-再生生物质导电炭颗粒汇集区；42-出口过滤器；43-金属回收反应床的阴极反应区气体出口；44-绝缘渗透隔膜；45-金属回收的阴极馈电极；46-金属回收的阳极馈电极；47-直流电转换器；48-废水净化反应床；49-金属回收反应床。

具体实施方式

本发明生物质导电炭双流化床电极反应器可分为废水净化反应床48和金属回收反应床49两个流化床电极反应床，两者之间有两处连接。其一为富集了金属的生物质导电炭通过螺旋输送机21从废水净化反应床48中输出并送入金属回收反应床49中；其二为再生后的生物质导电炭通过螺旋输送机18及生物质导电炭循环料仓20，从金属回收反应床49输出并送入中废水净化反应床48中。

废水净化反应床48的主体是一个采用倾斜式分布板的流化床电极反应床，其特征在于在倾斜式分布板4的上方，倾斜式分布板4的倾斜角度为10～50°，绝缘渗透隔膜6将空间分为废水净化的阳极反应区7和废水净化的阴极反应区13两个区域，由于绝缘渗透隔膜6的作用，两个区域间液体和离子可以自由交换，但固体颗粒不能交换。倾斜式分布板4下方布置具有废水联箱2的流化分布管3，废水流量由废水流量控制阀门25和废水流量计26调节，为防止废水回流，在废水联箱2与废水流量计26之间设置逆止阀23。为了更好的控制废水净化的阳极反应区7和废水净化的阴极反应区13两个区域内的流化状态，以上所提及的废水联箱2、流化分布管3、废水流量控制阀门25、废水流量计26、逆止阀29等在两个反应区的倾斜式布风板4下方分别设置。废水净化反应床48内的阳极和阴极分别与直流电转换器11的正负极相连，两者之间的电压由直流电转换器11调节。净化后的废水分别从废水净化阳极区出口10和废水净化阴极区出口15排出。在废水净化的阳极反应区7内插入石墨或者惰性金属(如铅锑合金等)制成的一个或者多个废水净化的阳极8，阳极区一般不需要加入流化床料(如果需要，也可以加入适量的石墨或者惰性金属颗粒作为流化床料)。废水净化的阴极反应区13内插入一个或者多个废水净化的阴极12，并加入适量的生物质导电炭颗粒5(粒径在1~5mm之间)作为流化床料。废水净化的阴极反应区13内的流化速度控制在生物质导电炭颗粒5的临界流化速度的1.4～1.8倍。生物质导电炭在流化过程中一方面会与废水净化的阴极馈电极12频繁碰撞，从而带上负电荷，另一方面还会捕集废水中的金属离子；在电化学反应的作用下，废水中的金属离子会被还原成金属单质并富集在生物质导电炭内或者其表面。富集金属后的生物质导电炭颗粒密度增加到3～4倍后，会在富集金属后的生物质导电炭颗粒在倾斜式分布板下游处的聚集区17聚集，通过螺旋输送机21送入金属回收反应床48内。当富集在生物质导电炭颗粒中的大部分金属被金属回收反应床49回收后，再生生物质导电炭的密度会降低到原始生物质导电炭颗粒密度的1.0~1.5倍，由于金属回收反应床49中气泡的浮力和携带作用，将再生生物质导电炭携带到溶液表面，通过螺旋输送机18送出，通过生物质导电炭循环料仓20和生物质导电炭料斗16后，再次送入废水净化反应床48内。

金属回收反应床49主体是一个采用倾斜式布风板的三相(空气、稀硫酸溶液、富集金属的生物质导电炭或者金属颗粒)流化床电极反应床，其特征在于在倾斜式布风板32的上方，倾斜式布风板32的倾斜角度为10～50°，绝缘渗透隔膜44将空间分为金属回收阳极反应区22和金属回收阴极反应区39两个区域，由于绝缘渗透隔膜44的作用，两个区域间液体和离子可以自由交换，但固体颗粒不能交换。倾斜式布风板32下方布置具有风室联箱31的流化风管30，空气流量由风量控制阀门27和空气流量计28调节，为防止液体回流，在风室联箱31与空气流量计28之间设置逆止阀29。由于金属回收阳极反应区22和金属回收阴极反应区39内的流化床料密度差异较大，以上所提及的风室联箱31、流化风管30、风量控制阀门27、空气流量计28、逆止阀29等均在两个反应区的倾斜式布风板32下方分别设置。金属回收反应床内的液体主要是稀硫酸溶液(浓度0.05~0.2mol/L)。金属回收反应床49内的阳极和阴极分别与直流电转换器47的正负极相连，两者之间的电压由直流电转换器47调节。流化气体分别从金属回收反应床的阳极反应区气体出口19和金属回收反应床的阴极反应区气体出口43排出。在金属回收阳极反应区22内插入石墨或者惰性金属(如铅锑合金等)制成的一个或者多个金属回收的阳极馈电极46，阳极区内以富集金属后的生物质导电炭颗粒为流化床料，表观流化风速为0.1～0.3m/s。富集金属后的生物质导电炭颗粒一方面会与金属回收的阳极馈电极46频繁碰撞，获得正电荷；在电化学反应的作用下，富集在生物质导电炭上的金属会溶解成金属离子，并透过绝缘渗透隔膜44到达金属回收阴极反应区39后被还原并回收。当生物质导电炭颗粒中的大部分金属溶解后，其密度会降低到原始生物质导电炭颗粒密度的1.0~1.5倍，会在气泡的浮力和携带作用下，浮到溶液表面，并汇聚到再生生物质导电炭颗粒汇集区41，通过螺旋输送机18送出，并通过生物质导电炭循环料仓20和生物质导电炭料斗16后，送入废水净化反应床48内。在金属回收阴极反应区39内，插入金属(与拟回收金属相同的金属)制成的一个或者多个金属回收的阴极馈电极45，流化床料为粒径为0.1~0.5mm的金属颗粒，表观流化风速为0.1～0.3m/s。金属颗粒会与金属回收的阴极馈电极45频繁碰撞，获得负电荷，在电化学反应的作用下，将从金属回收阳极反应区22通过绝缘渗透隔膜44渗透过来的金属离子还原成金属单质，并富集在金属颗粒表面，从而金属颗粒会逐渐长大。当金属颗粒长大到粒径为3~5mm的颗粒时，会汇集到金属颗粒长大后在倾斜式分布板下游处的聚集区33内，此时，通过螺旋输送机送入金属沉积后的大颗粒集箱34内，一部分金属直接送达金属回收运输车35进行回收，另一部分则经过金属颗粒破碎筛分系统37破碎筛分后，符合要求的金属颗粒加入到金属颗粒料斗38内，再由螺旋输送机送入金属回收阴极反应区39内作为流化床料，不符合要求的金属颗粒送达金属回收运输车35进行回收。

工作原理：

废水净化反应床的阴极内的电化学反应方程式如下：

Mⁿ⁺+ne→M

M为金属或者金属离子 (1)

废水净化反应床的阳极内的电化学反应方程式如下：

aH₂O-ae+cC_xH_yO_z→aH⁺+cCO₂+dCO+e H₂O+fO₂

CxHyOz为污水中的有机物 (2)

金属回收反应床的阴极内的电化学反应方程式如下：

Mⁿ⁺+ne→M

M为金属或者金属离子 (3)

金属回收反应床的阳极内的电化学反应方程式如下：

M-ne→Mⁿ⁺

M为金属或者金属离子 (4)

工作过程：

废水净化反应床内废水进入阳极反应区，在电极周围发生电化学反应，如反应方程式(2)所示。废水净化反应床内废水进入阴极反应区，促使阴极反应区内的生物质导电炭颗粒处于流化状态，流态化的生物质导电炭颗粒频繁与阴极馈电极碰撞，获得负电荷，同时生物质导电炭利用其多孔性能捕集金属离子，在此过程中，金属离子发生电化学反应，如反应方程式(1)所示，金属离子被还原成金属单质，并富集在生物质导电炭上。当生物质导电炭上富集的金属达到一定程度时，水流难以将其流化，在重力作用下汇集到倾斜式分布板的下游区域，由螺旋输送机送入金属回收反应床。

金属回收反应床的阳极反应区内，富集金属的生物质导电炭在流化空气的作用下频繁与阳极馈电极碰撞，获得正电荷，富集在生物质导电炭的金属发生电化学反应，如反应方程式(4)所示，产生大量的金属离子。当大部分富集的金属溶解后，生物质导电炭的密度大大降低，会被空气气泡携带到溶液表面，并被螺旋输送机送回废水净化反应床的阴极反应区，作为再生的生物质导电炭使用。金属离子透过绝缘渗透隔膜进入阴极反应区，在阴极反应区内，金属颗粒在流化空气的作用下频繁与阴极馈电极碰撞，获得负电荷，金属离子在带有负电荷的金属颗粒的周围发生电化学反应，反应方程式(3)所示，还原的金属单质富集在金属表面。使得金属颗粒逐渐长大。当金属颗粒长大到一定程度时，流化空气难以将其有效流化，在重力作用下汇集到倾斜式分布板的下游区域，由螺旋输送机送出。送出的大颗粒金属，一部分直接回收，另一部分则经过金属颗粒破碎筛分系统后，将符合要求的金属颗粒再次加入金属回收阴极反应区作为流化床料，将不符合粒径要求的金属颗粒进行回收。

实施例1

生物质导电炭双流化床电极反应器的废水净化反应床截面为0.4m×0.4m的正方形，高0.6m。其中阳极反应区截面为0.4m×0.09m，阴极反应区截面为0.4m×0.3m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。处理的废水是含铜电镀废水，铜离子浓度为5.3mg/L，液体流量为4m³/h。废水净化流化床电极阴阳两极电压为3V；阴极馈电极为三片均匀布置的0.35m×0.50m纯铜板，厚度为5mm；阳极为一片铅锑合金，尺寸为0.35m×0.50m，厚度为5mm。废水净化反应床的阴极反应区内加入生物质导电炭颗粒粒径为2~3mm，加入质量约为2kg。

生物质导电炭双流化床电极反应器的金属回收反应床截面为0.1m×0.1m的正方形，高0.4m。其中阳极反应区截面为0.1m×0.045m，阴极反应区截面为0.1m×0.045m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。金属回收反应床内加入的液体为0.08mol/L的硫酸溶液。金属回收流化床电极阴阳两极电压为6V；阴极馈电极为一片均匀布置的0.1m×0.35m纯铜板，厚度为5mm；阳极馈电极为一片铅锑合金，尺寸为0.35m×0.50m，厚度为5mm。金属回收反应床的阴极反应区内加入铜颗粒粒径为0.2~0.3mm，加入总质量为1.5kg，流化风量12m³/h；阳极反应区内的生物质导电炭质量约为0.3kg，流化风量6m³/h。

处理废水类型是含铜电镀废水，铜离子浓度为5.3mg/L，液体流量为4m³/h。

实施效果：净化水铜离子浓度为0.03mg/L，金属离子回收率达93％，回收金属纯度为91％。

实施例2

生物质导电炭双流化床电极反应器的废水净化反应床截面为0.4m×0.4m的正方形，高0.6m。其中阳极反应区截面为0.4m×0.09m，阴极反应区截面为0.4m×0.3m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。处理的废水是含铜电镀废水，铜离子浓度为2.1mg/L，液体流量为3.5m³/h。废水净化流化床电极阴阳两极电压为5V；阴极馈电极为三片均匀布置的0.35m×0.50m纯铜板，厚度为5mm；阳极为一片铅锑合金，尺寸为0.35m×0.50m，厚度为5mm。废水净化反应床的阴极反应区内加入生物质导电炭颗粒粒径为2~3mm，加入质量约为3kg。

生物质导电炭双流化床电极反应器的金属回收反应床截面为0.1m×0.1m的正方形，高0.4m。其中阳极反应区截面为0.1m×0.045m，阴极反应区截面为0.1m×0.045m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。金属回收反应床内加入的液体为0.08mol/L的硫酸溶液。金属回收流化床电极阴阳两极电压为8V；阴极馈电极为一片均匀布置的0.1m×0.35m纯铜板，厚度为5mm；阳极馈电极为一片铅锑合金，尺寸为0.35m×0.50m，厚度为5mm。金属回收反应床的阴极反应区内加入铜颗粒粒径为0.2~0.3mm，加入总质量为1.5kg，流化风量12m³/h；阳极反应区内的生物质导电炭质量约为0.3kg，流化风量5m³/h。

处理废水类型是含铜电镀废水，铜离子浓度为2.1mg/L，液体流量为3.5m³/h。

实施效果：净化水铜离子浓度为0.02mg/L，金属离子回收率达96％，回收金属纯度为94％。

实施例3

生物质导电炭双流化床电极反应器的废水净化反应床截面为0.4m×0.4m的正方形，高0.6m。其中阳极反应区截面为0.4m×0.09m，阴极反应区截面为0.4m×0.3m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。处理的废水是含银废水，银离子浓度为0.9mg/L，液体流量为2.5m³/h。废水净化流化床电极阴阳两极电压为20V；阴极馈电极为三片均匀布置的0.35m×0.50m纯铜板，厚度为5mm；阳极为一片铅锑合金，尺寸为0.35m×0.50m，厚度为5mm。废水净化反应床的阴极反应区内加入生物质导电炭颗粒粒径为2~3mm，加入质量约为3kg。

生物质导电炭双流化床电极反应器的金属回收反应床截面为0.1m×0.1m的正方形，高0.4m。其中阳极反应区截面为0.1m×0.045m，阴极反应区截面为0.1m×0.045m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。金属回收反应床内加入的液体为0.08mol/L的硫酸溶液。金属回收流化床电极阴阳两极电压为20V；阴极馈电极为一片均匀布置的0.1m×0.35m纯铜板，厚度为5mm；阳极馈电极为一片铅锑合金，尺寸为0.35m×0.50m，厚度为5mm。金属回收反应床的阴极反应区内加入镀银颗粒粒径为0.2~0.3mm，加入总质量为2.5kg，流化风量15m³/h；阳极反应区内的生物质导电炭质量约为0.3kg，流化风量5m³/h。

处理废水类型是含银废水，银离子浓度为0.9mg/L，液体流量为2.5m³/h。

实施效果：净化水银离子浓度为0.01mg/L，金属离子回收率达95％，回收金属纯度为98％。

实施例4

生物质导电炭双流化床电极反应器的废水净化反应床截面为0.4m×0.4m的正方形，高0.6m。其中阳极反应区截面为0.4m×0.09m，阴极反应区截面为0.4m×0.3m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。处理的废水是含铅废水，铅离子浓度为0.6mg/L，液体流量为3.0m³/h。废水净化流化床电极阴阳两极电压为20V；阴极馈电极为三片均匀布置的0.35m×0.50m纯铜板，厚度为5mm；阳极为一根石墨棒，直径0.03m，长度0.50m。废水净化反应床的阴极反应区内加入生物质导电炭颗粒粒径为2~3mm，加入质量约为3kg。

生物质导电炭双流化床电极反应器的金属回收反应床截面为0.1m×0.1m的正方形，高0.4m。其中阳极反应区截面为0.1m×0.045m，阴极反应区截面为0.1m×0.045m，绝缘渗透隔膜为玻璃纤维板，厚0.01m，倾斜式分布板与水平面的倾角为30°。金属回收反应床内加入的液体为0.08mol/L的硫酸溶液。金属回收流化床电极阴阳两极电压为15V；阴极馈电极为一片均匀布置的0.1m×0.35m纯铜板，厚度为5mm；阳极馈电极为一根石墨棒，直径0.03m，长度0.50m。金属回收反应床的阴极反应区内加入铅颗粒粒径为0.2~0.3mm，加入总质量为4kg，流化风量18m³/h；阳极反应区内的生物质导电炭质量约为0.3kg，流化风量5m³/h。

处理废水类型是含铅废水，铅离子浓度为0.9mg/L，液体流量为3.0m³/h。

实施效果：净化水铅离子浓度为0.008mg/L，金属离子回收率达92％，回收金属纯度为94％。

Claims

1.一种处理低浓度金属废水的生物质导电炭双流化床电极反应器，其特征在于：包括废水净化反应床(48)和金属回收反应床(49)，所述的废水净化反应床(48)包括净化反应床床体、废水联箱(2)、流化分布管(3)以及第一直流电转换器(11)，在所述的净化反应床床体上内设置有第一绝缘渗透隔膜(6)，所述的净化反应床床体被所述的第一绝缘渗透隔膜(6)分为废水净化阳极反应区(7)和废水净化阴极反应区(13)，在废水净化阳极反应区(7)内设置有阳极(8)以及废水净化阳极区出口(10)，在废水净化阴极反应区(13)内设置有阴极馈电极(12)、生物质导电炭颗粒(5)和废水净化阴极区出口(15)，所述的阳极(8)与第一直流电转换器(11)的正极连接，所述的阴极馈电极(12)与第一直流电转换器(11)的负极连接，在所述的净化反应床床体上还设置有流化分布管入口、生物质导电炭颗粒入口、富集金属后生物质导电炭出口，所述的流化分布管(3)与所述的流化分布管入口链接；所述的金属回收反应床(49)包括：金属回收反应床床体、风室联箱(31)、流化风管(30)以及第二直流电转换器(47)，在所述的金属回收反应床床体上内设置有第二绝缘渗透隔膜(44)，所述的金属回收反应床床体被所述的第二绝缘渗透隔膜(44)分为金属回收阳极反应区(22)和金属回收阴极反应区(39)，在所述的金属回收阳极反应区(22)内设置有阳极馈电极(46)、阳极反应区气体出口、生物质导电炭回收口以及富集金属后流化介质入口，该富集金属后流化介质入口与所述的废水净化反应床(48)的富集金属后生物质导电炭出口连接，在所述的金属回收阴极反应区(39)上设置有阴极馈电极(44)、回收金属出口、回收流化介质入口以及阴极反应区气体出口，所述的阳极馈电极(46)与第二直流电转换器(47)的正极连接，所述的阴极馈电极(44)与第二直流电转换器(47)的负极连接，在所述的金属回收反应床床体上还设置有流化风管入口，所述的流化风管(30)与所述的流化风管入口链接。

2.根据权利要求1所述的生物质导电炭双流化床电极反应器，其特征在于：所述的生物质导电炭回收口与所述的生物质导电炭颗粒入口连接。

3.根据权利要求1所述的生物质导电炭双流化床电极反应器，其特征在于：所述的净化反应床床体的底板为倾斜式分布板(4)，倾斜式分布板(4)在废水净化阴极反应区(13)底部，富集金属后的生物质导电炭在重力作用下聚集在倾斜式分布板(4)下游处的聚集区(17)。

4.根据权利要求1所述的生物质导电炭双流化床电极反应器，其特征在于：所述的生物质导电炭的电阻率为0.01～0.5Ω·cm，比表面积为400～900m²/g，孔隙率为0.13～0.18，密度为1.5～2.0t/m³。