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随着工业的发展,电镀工艺被广泛应用于各个领域,同时导致电镀废水排放量快速增加。电镀废水中不仅含有致癌致畸和致突变的剧毒性物质如铜、镉、铬等重金属离子,而且含有许多难生物降解有机物。这些有毒有害和难降解物质若不能得到妥善处理,极可能带来巨大的危害。本课题以离子交换型粒子电极为基础,构建离子交换强化电生物反应器(IEEB反应器),利用废水中的金属离子作为催化剂,在电场的作用下对难降解有机物进行分解,最后再通过微生物将其去除。以离子交换基质作为载体,氯化铁和氯化锰为活性物质,通过预处理和预负载两个过程,制备出预负载单组份和双组份不同比例的离子交换型粒子电极。考察不同类型离子交换型粒子电极的催化效果,发现对模拟废水CODcr去除率最高的是以Fe:Mn=1:1进行预负载的粒子电极。此离子交换型粒子电极对模拟废水的CODcr吸附量为6.08mg/g,达到吸附平衡时模拟废水的CODcr去除率为13.39%;粒子电极第二次使用时CODcr去除率降低了约5%,随后不再变化;随着电解质浓度的提高,粒子电极的催化效率提高,适合用于导电性较高的电镀废水。使用筛选出的粒子电极构建IEEB反应器即离子交换强化电生物反应器,采用接种挂膜的方式对反应器进行挂膜,同时与不加电的对比反应器进行比较。在连续进水10天后,IEEB反应器CODcr去除率为81.59%,氨氮去除率为85.7%;对比反应器CODcr去除率为70.7%,氨氮去除率为82.4%。两反应器CODcr和氨氮均达到较高水平且运行平稳,认为此时两反应器挂膜成功。反应器稳定运行阶段,分别考察了不同电流强度、水力停留时间和污染物浓度对两反应器去除污水中CODcr,TOC和金属离子效率的影响。电流强度选择20mA、40mA、60mA,实验结果表明IEEB反应器运行最佳电流为40mA,在此电流强度下IEEB反应器对CODcr、TOC、铜、铬的去除率分别为84.02%、80.13%、94.63%、79.02%,CODcr、TOC和铜的去除率分别比对比反应器高出27.75%、39.91%、31.18%,铬的去除率与对比反应器仅相差0.82%。水力停留时间选择2.3h和3.5h,在停留时间为3.5h的情况下,废水与离子交换型粒子电极接触更加充分,去除率更好,此时IEEB反应器对CODcr、TOC、铜、铬的去除率分别为84.02%、80.13%、94.63%、79.02%,2.3h时IEEB反应器的相应去除率为73.34%、63.49%、95.92%、74.92%。进水污染物浓度选取CODcr浓度150mg/L,300mg/L和450mg/L,当进水CODcr浓度为150mg/L时,IEEB反应器的CODcr,TOC,铜,铬的去除率分别为86.21%、80.33%、82.11%、32.42%;当进水CODcr浓度为300mg/L时,IEEB反应器对应去除率分别为84.02%、80.13%、94.63%、79.02%。当进水CODcr浓度为450mg/L时,IEEB对应去除率为73.61%、65.70%、96.58%、75.55%。实验结果表明单位体积的IEEB反应器可去除的污染物的量远高于对比反应器。分析IEEB反应器的原理,通过气质联用仪分析IEEB反应器进出水成分发现废水中长链物质含量由70.72%减少到52.51%,短链物质含量由15.04%增加到34.44%,结合废水B/C分析其可生化性的变化,认为在反应过程中IEEB反应器可将难降解物质分解为易被生物降解的小分子。能谱分析表明粒子电极在使用过程中具有负载废水中金属离子的功能,反应器连续运行的结果说明运行过程中负载的金属同样具有催化有机物分解的作用。红外分析说明粒子电极的离子交换功能经过长时间使用后仍可正常发挥作用。