申请日2015.06.04
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号C02F3/32; C02F101/22; C02F3/34
摘要
本申请提供了一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理系统及方法，系统包括：开口反应器，所述开口反应器下部具有进水口，且上部具有出水口;所述开口反应器底部设置有填料层，所述填料层包括基质和负载在所述基质上的微生物;所述填料层中设置有阳极，所述阳极表面分布有导电材料;所述开口反应器内对应出水口处固定有阴极支撑架，所述阴极支撑架上放置有空气阴极，所述空气阴极通过阴极支撑架与待处理的含铬废水水面接触，且与阳极通过导线连接;所述开口反应器内种植有植物，所述植物依次穿透于空气阴极和阴极支撑架，且植物根部延伸至填料层内。本发明将生物电化学方法与植物修复技术相结合，大大缩短了处理废水的时间，提高了处理效率。
摘要附图
权利要求书
1.一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理系统，包括：
开口反应器，所述开口反应器下部具有进水口，且上部具有出水口;
所述开口反应器底部设置有填料层，所述填料层包括基质和负载在所述 基质上的微生物;所述填料层中设置有阳极，所述阳极表面分布有导电材料;
所述开口反应器内对应出水口处固定有阴极支撑架，所述阴极支撑架上 放置有空气阴极，所述空气阴极通过阴极支撑架与待处理的含铬废水的水面 接触，且与阳极通过导线连接;
所述开口反应器内种植有植物，所述植物根部依次穿透于空气阴极和阴 极支撑架，且延伸至填料层内。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阳极与空气阴极之间 的垂直距离保持在10cm～40cm。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阳极选自碳毡、碳刷、 石墨颗粒、石墨棒和不锈钢丝网中的任意一种;
所述空气阴极选自碳毡、碳板和碳布中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阳极表面分布的导电 材料选自石墨颗粒、碳颗粒和活性炭纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述填料层覆盖在开口反 应器底部，且其体积为开口反应器总体积的1/4～3/4;
所述阳极设置在填料层1/2～2/3的高度处。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述填料层基质选自石墨 颗粒、活性炭颗粒、火山石、沸石、陶粒和砾石中的一种或多种;
所述阴极支撑架具有多孔结构，且其直径与开口反应器内径相等。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述植物选自黑麦草、李 氏禾、大米草、菖蒲和芦苇中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气阴极与阳极通过 导线连接的回路上设置有电阻。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
与开口反应器进水口和出水口均相通的循环进料装置;
与空气阴极与阳极通过导线连接的回路并联的分析装置。
10.一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理方法，包括以下步骤：
将待处理的含铬废水引入开口反应器进行处理，得到处理后的出水;
所述开口反应器下部具有进水口，且上部具有出水口;
所述开口反应器底部设置有填料层，所述填料层包括基质和负载在所述 基质上的微生物;所述填料层中设置有阳极，所述阳极表面分布有导电材料;
所述开口反应器内对应出水口处固定有阴极支撑架，所述阴极支撑架上 放置有空气阴极，所述空气阴极通过阴极支撑架与待处理的含铬废水的水面 接触，且与阳极通过导线连接;
所述开口反应器内种植有植物，所述植物根部依次穿透于空气阴极和阴 极支撑架，且延伸至填料层内。
说明书
一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及生物处理含铬废水技术领域，尤其涉及一种生物电化学法耦 合植物修复含铬废水处理系统及方法。
背景技术
环境中的铬主要以Cr(III)和Cr(VI)两种价态存在，其中，Cr(VI)进入生物 体内后会诱发基因突变并有致癌的可能性，其毒性比Cr(III)高一百多倍。因此， 如何处理水环境中的Cr(VI)越来越受到人们的关注。
植物修复含铬废水是生物处理含铬废水的典型技术，具有投资及能耗低、 维护简单和对环境破坏小等特点。在利用植物修复技术处理大量含Cr(VI)废水 时，Cr(VI)主要通过填料层吸附、微生物还原和植物根系吸收等途径去除。
然而，用上述方法处理含Cr(VI)废水时，处理过程缓慢、耗时长，从而导 致处理效率低。因此，如何实现加快处理Cr(VI)的速率，强化植物修复处理含 铬废水的效率等问题需要进一步解决。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理系 统及方法，采用本发明提供的处理系统处理含铬废水能缩短处理时间，提高 处理效率。
本发明提供一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理系统，包括：
开口反应器，所述开口反应器下部具有进水口，且上部具有出水口;
所述开口反应器底部设置有填料层，所述填料层包括基质和负载在所述 基质上的微生物;所述填料层中设置有阳极，所述阳极表面分布有导电材料;
所述开口反应器内对应出水口处固定有阴极支撑架，所述阴极支撑架上 放置有空气阴极，所述空气阴极通过阴极支撑架与待处理的含铬废水的水面 接触，且与阳极通过导线连接;
所述开口反应器内种植有植物，所述植物根部依次穿透于空气阴极和阴 极支撑架，且延伸至填料层内。
优选地，所述阳极与空气阴极之间的垂直距离保持在10cm～40cm。
优选地，所述阳极选自碳毡、碳刷、石墨颗粒、石墨棒和不锈钢丝网中 的任意一种;
所述空气阴极选自碳毡、碳板和碳布中的任意一种。
优选地，所述阳极表面分布的导电材料选自石墨颗粒、碳颗粒和活性炭 纤维中的一种或多种。
优选地，所述填料层覆盖在开口反应器底部，且其体积为开口反应器总 体积的1/4～3/4;
所述阳极设置在填料层1/2～2/3的高度处。
优选地，所述填料层基质选自石墨颗粒、活性炭颗粒、火山石、沸石、 陶粒和砾石中的一种或多种;
所述阴极支撑架具有多孔结构，且其直径与开口反应器内径相等。
优选地，所述植物选自黑麦草、李氏禾、大米草、菖蒲和芦苇中的一种 或多种。
优选地，所述空气阴极与阳极通过导线连接的回路上设置有电阻。
优选地，所述系统还包括：
与开口反应器进水口和出水口均相通的循环进料装置;
与空气阴极与阳极通过导线连接的回路并联的分析装置。
本发明还提供一种生物电化学法耦合植物修复含铬废水处理方法，包括 以下步骤：
将待处理的含铬废水引入开口反应器进行处理，得到处理后的出水;
所述开口反应器下部具有进水口，且上部具有出水口;
所述开口反应器底部设置有填料层，所述填料层包括基质和负载在所述 基质上的微生物;所述填料层中设置有阳极，所述阳极表面分布有导电材料;
所述开口反应器内对应出水口处固定有阴极支撑架，所述阴极支撑架上 放置有空气阴极，所述空气阴极通过阴极支撑架与待处理的含铬废水的水面 接触，且与阳极通过导线连接;
所述开口反应器内种植有植物，所述植物根部依次穿透于空气阴极和阴 极支撑架，且延伸至填料层内。
本发明将待处理的含铬废水引入处理系统，从处理系统的开口反应器下 部进水口注入填料层中，直至水面接触空气阴极;所述开口反应器内种植的 植物在生长过程中，根部向阳极排出有机酸等分泌物，保证阳极附近微生物 生长，同时微生物将分泌物分解产生电子并传给阳极;所述待处理的含铬废 水依次经过填料层、植物根部之后与空气阴极接触，废水中的Cr(VI)得到电 子被还原成Cr(III)，Cr(III)与阴极表面空气还原形成的OH-离子结合形成沉淀， 从而处理得到高质量的出水。在本发明中，废水中的Cr(VI)在经过填料层、 阳极、植物根部和空气阴极的过程中，通过填料表面吸附、微生物还原、植 物根部吸收和阴极表面电化学还原及沉淀后得到去除。与现有技术相比，本 发明将生物电化学方法与植物修复技术相结合，利用生物电化学方法实现废 水中Cr(VI)在阴极表面的还原，促进废水中Cr(VI)还原并降低其对植物的毒 性，从而强化植物的吸收去除铬，加快处理速度，提高处理效率。实验表明， 本发明通过生物电化学强化后处理系统中Cr(VI)的去除率最高可达到99%， 处理时间仅需要96小时～130小时，大大缩短了处理时间，提高了处理效率。
进一步的，本申请还能实现从废水中回收能源的目的。