[发明专利]一种微生物催化制备聚合硫酸铁的装置和制备方法

说明书

本发明公开一种微生物催化制备聚合硫酸铁的装置和制备方法，所述装置设置在污水处理厂中，所述装置包括生物反应器，生物反应器分别通过出液管和出料管与PFS产品储存罐和沉淀物储存罐连接，PFS产品储存罐通过输送管道与二沉池入口连接，二沉池和出水口通过进水管与生物反应器连接。所述生物反应器上安装曝气装置，所述曝气装置包括气管和曝气头，曝气头在生物反应器内部，气管的另一端与污水处理厂中的曝气系统连接。本发明优势在于，将合成装置设置于污水处理厂内，使制备得到的产品通过输送管道直接输送至污水处理厂内使用，有效节省运输成本。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种微生物催化制备聚合硫酸铁的装置和制备方法。

背景技术

聚合硫酸铁(PFS)是一种无机高分子絮凝剂，液体呈红褐色。聚合硫酸铁是在铁分子簇的网络结构中引入羟基，以OH-架桥形成多核络离子。聚合硫酸铁广泛应用于饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水、污泥脱水等的净化处理。聚合硫酸铁与传统絮凝剂如三氯化铁、硫酸铝、氯化硫酸铁等相比具有净化过程投加量少、使用pH范围广、对设备腐蚀小、杂质去除率高、残留物浓度低、脱水效果好、无毒等优点。

我国从1980年代初期开始研制聚合硫酸铁，在其制备技术、混凝特性及其应用等方面进行了大量的研究，并取得了显著的进步。目前，生产聚合硫酸铁的方法主要有直接氧化法和催化氧化法。

直接氧化法采用强氧化剂(如H₂O₂、NaClO、KClO₂、MnO₂等)将亚铁离子氧化为三价铁离子，然后经过水解、聚合得到聚合硫酸铁，具有工艺简单、操作方便的优点。但强氧化剂的使用量大导致生产成本高，而且氧化剂的使用引进了各种离子残存在产品中，既影响了产品的质量也会增加处理水的含盐量。

催化氧化法又可分为无机催化氧化和微生物催化氧化。无机催化剂催化氧化法是指在酸性条件下，在催化剂(亚硝酸钠或硝酸)的作用下，利用空气或氧气作为氧化剂，将亚铁离子氧化为铁离子，进而水解、聚合制得产品。但是，亚硝酸钠或硝酸是致癌物质，投加量大，产品中的亚硝酸易超标。另外，反应过程中都会有氮氧化物产生而污染大气环境。

微生物催化氧化合成聚合硫酸铁，主要是利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌在pH＜3的环境中催化氧化Fe²⁺，再经水解聚合得到。嗜酸性氧化亚铁硫杆菌是革兰氏阴性化能自养菌，生存在极端酸性的环境下，能够通过氧化二价铁的方式获得生命活动所需能量。

微生物催化氧化合成聚合硫酸铁的方法由于生产成本低、绿色环保等特点受到越来越多学者的关注。例如，南京农业大学的周立祥老师在专利文献CN101503710A中公开了一种微生物催化合成聚合硫酸铁的方法，所述方法以硫酸亚铁、水为主要原料，接种氧化亚铁硫杆菌，常温常压下好氧培养2-4天，再经氧化、水解和聚合等过程制备得到聚合硫酸铁溶液，或者将液态产品干燥后得到固态粉末。再如，东北电力大学的关晓辉老师在专利文献CN101215579A公开了一种微生物催化氧化硫酸亚铁制备BPFS的方法，所述方法以工业硫酸亚铁为原料，加入浓硫酸调节pH，以无机盐为营养物，接种氧化亚铁硫杆菌，制备得到全铁含量为20-100kg/m³的聚合硫酸铁。

基于现有公开的聚合硫酸铁的制备方法，发明人认为不足之处具体体现在如下几点：1，大多已经公开的技术方案均是在实验室条件中完成的，虽然产率高，但是一个生产周期得到的聚合硫酸铁产量极小，根本不适合工业化生产和使用；2，接种后的微生物悬浮于溶液中随产品的转移而流失，导致反应器内的生物量急剧减少，生产效率变低；3，生产工艺产生的副产品铁矿物未能妥善利用，或由于反应条件控制不当导致产生的铁矿物无法再次利用等。