一种去除水中重金属的处理装置及其去除以及回收方法与流程

本发明涉及重金属污染处理技术领域，具体是一种去除水中重金属的处理装置及其去除以及回收方法。

背景技术：

由于各种的因素，有毒的重金属离子不断地污染湖泊和一些生态系统，这些有毒的重金属离子已经污染了一些山泉，毒害着周边的居民和农作物，重金属对人体的新陈代谢及正常的生理有明显的伤害作用，导致各种疾病的发生。解决有毒重金属离子的污染是全球的问题。

目前的技术：去除水中(食品，饮料，废水)的重金属离子处理方法，大部分使用吸附材料，不但昂贵，循环利用难度高，废置处理会造成二次污染。使用电解的方式实现去除水中重金属，存在去除效率低，且存在一定的化学反应导致有废气排出的缺点。

其中专利公开号为cn107473416a和cn102075113a均公开了利用微藻进行去除废水中的重金属离子。第一篇申请专利中，需要将收集微藻后的养殖液先在沉淀池中沉淀，以去除不溶于养殖液中的杂质，将近沉淀后的养殖液过滤后，将滤液泵入装有吸附剂的吸附池，去除重金属的过程繁琐复杂且去除效率低下；同时微藻产生生物电不稳定，会出现生物衰退；第二篇申请专利中，属于基于光合作用产电的绿藻生物燃料电池，通过绿藻光解水产生氢气，但这一过程中，微藻产氢受到氢气的反抑制作用以及金属电极成本高、易中毒的不足。

同时最新专利公开号为cn211393969u的中国申请专利制中，使用微藻产生细胞活电电池并通过电解的方式进行使用将用于净化水溶液中的重金属离子，导致去除重金属的效率不高，需要较长的时间，而且微藻产生细胞活电电池不稳定。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种去除水中重金属的处理装置，其能够解决去除水中重金属的问题；

本发明的目的之二提供一种去除水中重金属的处理装置的去除方法，其能够解决去除水中重金属的问题。

本发明的目的之三提供一种去回收被目的1的技术暂时吸附的重金属的处理装置的回收方法，其能够解决回收水中重金属的问题。

实现本发明的目的之一的技术方案为：一种去除水中重金属的处理装置，包括模仿微藻产生细胞活电的模拟电路电池组、内置有缓冲介质的阳极电极、用于存放重金属溶液的阴极池，其中模拟电路电池组设置有阴极输出端以及阳极输出端，其中所述阴极输出端通过导线电性连接有阴极电极，所述阳极输出端通过导线电性与阳极电极，所述阴极电极与阴极池内的重金属溶液接触；且所述阴极电极包括与阴极输出端电性连接的导电层以及包裹在导电层表面的炭吸附层。

进一步，所述阴极电极为管状结构，阴极电极中心沿自身长度设置有用于允许重金属溶液流过的通孔，以使得炭吸附层接触废水。

进一步，所述管状结构阴极电极包括由内之外依次包裹的炭吸附层、导电层、绝缘层。

进一步，所述阴极电极为板状结构或棒状结构。阴极和阳极可以是管状，效率高；其他结构如板状结构或棒状结构都可以，但效率降低。

进一步，所述导电层为铜或铁或锌或其他导电的金属等等。

进一步，所述缓冲介质为碳酸氢盐缓冲介质或氧气；当在回收过程中，阳极电极经过模拟电路电池组变成回收阴极，回收阴极内的回收缓冲介质为铁氰化钾，高锰酸钾，硝酸盐，硫酸盐，碳酸氢盐。

进一步，模拟电路电池组的输出电压为1-6v的电压。

实现本发明的目的之二的技术方案为：一种去除水中重金属的处理装置的去除方法，包括以下步骤：

步骤1：将阳极电极内填充缓冲介质，该阳极电极的缓冲介质为碳酸氢盐缓冲介质或氧气；

步骤2：将阴极电极放置在存放与重金属溶液的阴极池中，并使得炭吸附层直接接触到废水；

步骤3：模拟电路电池组经导线分别向阳极电极通电以及阴极电极的导电层通电，以使得阳极电极产生正电荷，所述阴极电极导电层表面产生负电荷，同时以使得重金属溶液中的重金属被阴极电极导电层上的负电荷吸附在炭吸附层的表面上。

优选为，在步骤2与步骤3之间还设置有步骤2a，

步骤2a：通过泵体将重金属溶液抽取，并以预设的流速控制重金属溶液经过阴极电极，并使得炭吸附层直接接触到废水；所述重金属溶液内包括ni，mn,pb,zn,cd,cu,hg,cr，as，co，mo，ag，au，pt,pd,rh,ir,re重金属离子的一种或多种。

实现本发明的目的之三的技术方案为：

一种去除水中重金属的处理装置的回收方法，其特征在于：

步骤1：模拟电路电池组将阴极电极通过内部电路调整变成输出带正电荷的回收阳极，同时将阳极电极通过内部电路调整变成输出带负电荷的回收阴极；

且该回收阴极内填充有回收缓冲介质，该回收缓冲介质为铁氰化钾，高锰酸钾，硝酸盐，硫酸盐，碳酸氢盐中的一种；其中回收阴极包括由内之外依次包裹的第一回收炭吸附层、第一回收导电层、第一回收绝缘层，所述回收缓冲介质位于第一回收炭吸附层内；

步骤2：将回收阳极放置在存放与重金属溶液的阴极池中，回收阳极由内之外依次设置有第二回收炭吸附层、第二回收导电层、第二回收绝缘层，其中该回收阳极的第二回收炭吸附层的表面吸附有重金属；

步骤3：模拟电路电池组经导线分别向回收阴极通电以及回收阳极的回收导电层通电，使得回收阳极的第二回收导电层产生正电荷，同时以使得在回收阳极的第二回收炭吸附层的重金属被第二回收导电层上的正电荷排挤在第二回收炭吸附层的表面外。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过模仿微藻产生细胞活电的模拟电路电池组的阳极电极位于阳极池内，所述阴极电极与阴极池内的重金属溶液接触；模拟电路电池组经导线分别向阳极电极通电以及阴极电极的导电层通电，以使得阳极电极产生正电荷，所述导电层表面产生负电荷，以使得重金属溶液中的重金属被导电层上的负电荷吸附在炭吸附层的表面上，故本发明不使用化学反应，同时能够有效去除具有重金属离子，包括ni，mn,pb,zn,cd,cu,hg,cr，as，co，mo，ag，au，pt,pd,rh,ir,re中的一种或多种，且去除重金属的效率大大提高。

2.传统的微藻产生细胞活电电池，主要存在反应器内阻大，材料成本高，输出功率低等问题；本发明使用的电池组为模仿微藻产生细胞活电的模拟电路电池组，输出功率高且十分稳定，同时由于模拟电路电池组采用的均为常规的电子元件，不存在生物衰变的情况，且其制作成本低，可适用于批量化生产。

3.本申请的模拟电路电池组控制方便，可以根据需求将阴极电极通过内部电路调整变成输出带正电荷的回收阳极；则可以方便后续对炭吸附层的清洗，以及对吸附在炭吸附层表面的重金属的回收。

附图说明

图1为本发明中阴极电极为管状结构同时阳极电极为管状结构的工作原理示意图；

图2为本发明中阴极电极为管状结构同时阳极电极为另一管状结构的工作原理示意图；

图3为本发明中回收阳极为管状结构同时回收阴极为管状结构的工作原理示意图；

图4为本发明中整体装置进行吸附过程以及回收过程的工作原理示意图；

图5为本发明中为本发明中阴极电极以及阳极电极均为棒状结构的工作原理示意图；

图6为本发明中阴极电极为棒状结构同时阳极电极为管状结构的工作原理示意图；

图7为本发明中阴极电极为棒状结构同时阳极电极为另一管状结构的工作原理示意图；

附图标号说明：

1.模拟电路电池组；11.阳极输出端；12.阴极输出端；2.阳极电极；20.缓冲介质；21.阳极炭吸附层；22.阳极导电层；23.阳极绝缘层；3.阴极电极；31.炭吸附层；32.导电层；33.重金属溶液；34.绝缘层；4.回收阴极；40.回收缓冲介质；41.第一回收炭吸附层；42.第一回收导电层；43.第一回收绝缘层；5.回收阳极；51.第二回收炭吸附层、52.第二回收导电层；53.第二回收绝缘层。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述：

如图1-4所示，在本具体实施例中，提供一种去除水中重金属处理装置的去除方法，包括如下步骤：

步骤1：将模拟电路电池组1的阳极电极2内填充缓冲介质20，在吸附过程中阳极电极2的缓冲介质20为碳酸氢盐缓冲介质；

步骤2：将模拟电路电池组1的阴极电极3放置在存放有重金属溶液33的阴极池中，并使得炭吸附层31直接接触到废水；

步骤2a：通过泵体将重金属溶液33抽取，并以预设的流速控制重金属溶液33经过阴极电极3，并使得炭吸附层31直接接触到废水。其中在具体实施例中，通过控制管道设计和增加表面面积实现增加废水流体雷诺数，进而大大提高去除重金属离子的效率。

步骤3：模拟电路电池组1经导线分别向阳极电极2通电以及阴极电极3的导电层32通电，以使得阳极电极2产生正电荷，所述导电层32表面产生负电荷，同时以使得重金属溶液33中的重金属被阴极电极3的导电层32上的负电荷吸附在炭吸附层31的表面上。

如图3所示，还提供一种回收清洗被上述处理装置暂时吸附的重金属的回收方法，其中本回收方法中，在原先吸附过程中的阴极电极3变为回收阳极5，原先吸附过程中的阳极电极2变成回收阴极4；

以下列举处理装置进入回收过程的工作步骤：

步骤1：将回收阴极4内填充有回收缓冲介质40，其中在本步骤中回收缓冲介质40为铁氰化钾，高锰酸钾，硝酸盐，硫酸盐，碳酸氢盐；其中回收阴极4包括由内之外依次包裹的第一回收炭吸附层41、第一回收导电层42、第一回收绝缘层43，所述回收缓冲介质40位于第一回收炭吸附层41内；

步骤2：把回收的管道如图3连接回收阳极5放置；在本步骤中，为了提高回收效率，故将回收阳极5设计为管状结构，回收阳极5由内之外依次设置有第二回收炭吸附层51、第二回收导电层52、第二回收绝缘层53，其中该回收阳极5的第二回收炭吸附层51的表面吸附有重金属；

步骤3：模拟电路电池组1经导线分别向回收阴极4通电以及回收阳极5的第二回收导电层52通电，使得回收阳极5的第二回收导电层52产生正电荷，同时以使得在回收阳极5的第二回收炭吸附层51的重金属被第二回收导电层52上的正电荷排挤在第二回收炭吸附层51的表面外。

在回收过程中，当重金属溶液33中重金属离子经过炭吸附层31吸附后，为了方便后续对第二回收炭吸附层51的清洗，以及对吸附在第二回收炭吸附层51表面的重金属的回收，故模拟电路电池组1将阴极电极3通过内部电路调整变成输出带正电荷的回收阳极5；故可以实现对回收阳极5的第二回收炭吸附层51的清洗。

如图4所示，当废水通过泵体将重金属溶液33从进水管泵入本申请的处理装置，重金属溶液33再从出水管排出，并通过泵体不断循环，实验人员在不同的时间对重金属溶液33进行取样分析，经过90分钟吸附处理后，再控制处理装置进入回收过程，实验人员在不同的时间对重金属溶液33进行取样分析，经过90分钟回收处理后。

下表为重金属溶液33中各重金属离子的初始浓度以及经过90分钟处理后以及经过90分钟回收处理后各重金属离子的浓度：

如图1至图7所示，一种去除水中重金属的处理装置，包括模仿微藻产生细胞活电的模拟电路电池组1、内置有缓冲介质20的阳极电极2、用于存放重金属溶液33的阴极池，其中模拟电路电池组1设置有阴极输出端12以及阳极输出端11，其中所述阴极输出端12通过导线电性连接有阴极电极3，所述阳极输出端11通过导线电性与阳极电极2连接，所述阴极电极3与阴极池内的重金属溶液33接触；且所述阴极电极3包括与阴极输出端12电性连接的导电层32以及包裹在导电层32表面的炭吸附层31。

如图1-3，进一步，所述阴极电极3为管状结构(由于管状结构重金属吸附效率高，故在本具体实施例中将阴极电极3设计为管状结构)，阴极电极3中心沿自身长度设置有用于允许重金属溶液33流过的通孔，以使得炭吸附层31接触废水。在本具体实施例中，将含有重金属的废水(也即重金属溶液33)按预设的流速输入至通孔内，并从通孔排出，其中导电层32使得产生负电荷，且炭吸附层31包裹在导电层32表面，通过负电荷使得通孔内的废水中的重金属被碳层所吸附。由于阴极输出端12直接与导电层32连接且导电层32分布在整个管道，使得导电层32上的电压分布均匀，从而能够快速吸附重金属离子，且使得废水中不存在化学反应，再加上流速的作用下导致废水快速经过通孔，大大提高去除重金属离子的效率，能够去除的重金属离子包括ni，mn,pb,zn,cd,cu,hg,cr，as，co，mo，ag，au，pt,pd,rh,ir,re中的一种或多种中的一种或多种。设置的碳层能够长久耐用，且便于清洗和再利用。

如图1-3，进一步，所述管状结构阴极电极3包括由内之外依次包裹的炭吸附层31、导电层32、绝缘层34。其中增加的绝缘层34可以有效的避免发生漏电的情况。在本具体实施例中，该阳极电极2的结构类似于管状结构阴极电极3，阳极电极2包括由内之外依次包裹的阳极炭吸附层21、阳极导电层22、阳极绝缘层23。

如图5-7，进一步，所述阴极电极3为板状结构或棒状结构。在本申请中，阴极电极3除了上述的管状结构，还可以设置为板状结构以及棒状结构，其中板状结构和棒状结构可以方便配合使用厂家的设备，而且根据不同的使用环境将阴极电极3设置成不同形状，其面积越高，吸附效率越高。其中需要注意的是，在本申请中为了保证其吸附已经回收效率，阴极电极3为管状结构为主要的优选实施结构，阴极电极3的板状结构或棒状结构只是在特殊情况下的辅助结构。

图1为本发明中阴极电极3为管状结构同时阳极电极2为管状结构；图2为本发明中阴极电极3为管状结构同时阳极电极2为另一管状结构；图3为本发明中回收阳极5为管状结构同时回收阴极4为管状结构的工作原理示意图；图1-图2的阴极电极3，以及图3中的回收阳极5均为优选实施结构：管状。

比如图5为阴极电极3以及阳极电极2均为棒状结构；图6为本发明中阴极电极3为棒状结构同时阳极电极2为管状结构；图7为本发明中阴极电极3为棒状结构同时阳极电极2为另一管状结构；图5-图7的阴极电极3为非优选结构，只是作为实施例列举。

本发明通过模仿微藻产生细胞活电的模拟电路电池组1的阴极电极3与阴极池内的重金属溶液33接触；模拟电路电池组1经导线分别向阳极电极2通电以及阴极电极3的导电层32通电，以使得阳极电极2产生正电荷，所述导电层32表面产生负电荷，以使得重金属溶液33中的重金属被导电层32上的负电荷吸附在炭吸附层31的表面上；故本发明能够有效去除具有重金属离子，包括ni，mn,pb,zn,cd,cu,hg,cr，as，co，mo，ag，au，pt,pd,rh,ir,re中的一种或多种，且去除重金属的效率大大提高。

传统的微藻产生细胞活电电池，主要存在反应器内阻大，材料成本高，输出功率低等问题；本发明使用的电池组为模仿微藻产生细胞活电的模拟电路电池组1，输出功率高且十分稳定，同时由于模拟电路电池组1采用的均为常规的电子元件，不存在生物衰变的情况，且其制作成本低，可适用于批量化生产。

本申请的模拟电路电池组1控制方便，可以根据需求将阴极电极3通过内部电路调整变成输出带正电荷的回收阳极5；则可以方便后续对回收阳极5上的第二回收炭吸附层51的清洗，以及对吸附在第二回收炭吸附层51表面的重金属的回收。同时在第二回收导电层52表面的第二回收炭吸附层51能够长久耐用，且便于清洗和再利用。

进一步，所述导电层32为铜或铁或锌或其他导电的金属等等。

进一步，所述缓冲介质20为碳酸氢盐缓或氧气。在吸附过程中，其中当缓冲介质20为碳酸氢盐缓冲介质时，阳极电极2则如图1或图6所示的结构，如果缓冲介质20为氧气，则阳极电极2可以为管状结构。(如图2、7所示)

如图3所示，当在回收过程中，阳极电极2经过模拟电路电池组1变成回收阴极4，回收阴极4内的回收缓冲介质40为铁氰化钾，高锰酸钾，硝酸盐，硫酸盐，碳酸氢盐。

进一步，模拟电路电池组1的输出电压为1-6v的电压。

在本具体实施例中，由于炭吸附层31包裹在导电层32的表面，故使得导电层32上的电压分布均匀，炭吸附层31从而能够快速吸附重金属离子，且使得废水中不存在化学反应，能够去除的重金属离子包括ni，mn,pb,zn,cd,cu,hg,cr，as，co，mo，ag，au，pt,pd,rh,ir,re中的一种或多种。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。