[发明专利]一种利用微生物固定化制备聚合硫酸铁的方法

摘要

一种利用微生物催化氧化工业硫酸亚铁制备聚合硫酸铁的方法，其特点是，包括将微生物固定化在网状聚氨酯上，形成生物膜；以工业硫酸亚铁为原料，以无机盐为营养物质，配制全铁含量的反应料液；在反应料液通中引入微生物后，通入生物反应器内循环流动，在室温下曝气制备PFS原液；将反应料液与全铁含量一致的原液按一定配比混合即得到反应液，将反应液通入已形成生物膜的生物反应器内，按上述反应条件操作，制备全铁含量的聚合硫酸铁，将每个周期剩余的[Fe^2＋]溶液收集到溶解曝气池中曝气反应，待[Fe^2＋]≤0.3kg/m³即为所得聚合硫酸铁成品。可用于各种水的混凝处理。具有方法简单，操作灵活性大，成本低，无污染等优点。

主权项

1.一种利用固定化微生物制备聚合硫酸铁的方法，它包括：采用中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为CGMCC NO ：10725的氧化亚铁硫杆菌，所述的氧化亚铁硫杆菌属于化能自养、嗜酸、好氧型微生物，利用CO₂为碳源，并吸收氮、磷等无机营养来完成细胞合成以及自身的新陈代谢，在此过程中Fe²⁺作为其新陈代谢的能源物质被催化氧化，经过氧化、水解、聚合反应得到聚合硫酸铁，其特征是，具体包括以下步骤：1）反应料液的制备（1）根据所需制备的聚合硫酸铁的全铁含量A，按公式：X=A×V×278/56计算需要投加的工业FeSO₄·7H₂O的质量X，在常温下，加入到盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80‑1.95的VL水的容器中，并按氯化钾1‑2g/m³、硫酸铵40‑80g/m³、磷酸氢二钾20‑40g/m³、硫酸镁20‑40g/m³、硝酸钙1.5‑3g/m³加入营养物质，得到的溶液即为反应料液用于配制全铁含量为40～50kg/m³的反应料液，所述的全铁含量A是指每立方米体积中含有二价铁和三价铁的量，V为体积；（2）根据所需制备的聚合硫酸铁的全铁含量A，按公式：X=A×V×278/56计算需要投加的工业FeSO₄·7H₂O的质量X，在常温下，先加入质量为1/3X的工业FeSO₄·7H₂O于盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80‑1.95的VL水的溶解曝气池中，并按氯化钾1‑2g/m³、硫酸铵40‑80g/m³、磷酸氢二钾20‑40g/m³、硫酸镁20‑40g/m³、硝酸钙1.5‑3g/m³加入营养物质，引入微生物，采用曝气不循环操作方式运行，待微生物催化氧化反应使[Fe^2＋]<3.0kg/m³时，再加入质量为2/3X的工业FeSO₄·7H₂O，并用浓硫酸再次将pH调节到1.80‑1.95，得到的溶液即为反应料液Ⅱ用于配制全铁含量为50～65kg/m³的反应料液；（3）根据所需制备的聚合硫酸铁的全铁含量A，按公式：X=A×V×278/56计算需要投加的工业FeSO₄·7H₂O的质量X，在常温下，先加入质量为1/2X的工业FeSO₄·7H₂O于盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80‑1.95的VL水的溶解曝气池中，并按氯化钾1‑2g/m³、硫酸铵40‑80g/m³、磷酸氢二钾20‑40g/m³、硫酸镁20‑40g/m³、硝酸钙1.5‑3g/m³加入营养物质，引入微生物，采用曝气不循环操作方式运行，待微生物催化氧化反应使[Fe^2＋]<3.0kg/m³时，再加入质量为1/2X的工业FeSO₄·7H₂O，并用浓硫酸再次将pH调节到1.80‑1.95，得到的溶液即为反应料液Ⅲ用于配制全铁含量为65～80kg/m³的反应料液；2）聚合硫酸铁原液的制备取步骤1）中任一浓度的反应料液，引入微生物，通入生物反应器内循环流动，在室温25‑28℃下通入空气进行曝气，其曝气量为1.08‑2.50L/L·min，循环流量为0.28‑0.32L/h，此时溶液中的硫酸亚铁在微生物的催化作用下发生氧化、水解、聚合反应得到聚合硫酸铁，[Fe^2＋]≤1.0kg/m³时为反应终点，得到全铁含量为40～80kg/m³液态聚合硫酸铁的原液；3）全铁含量为40～80kg/m³的聚合硫酸铁的制备取nL步骤1）中与步骤2）同浓度的反应料液，与mL全铁浓度一致的步骤2）的聚合硫酸铁原液混合得到反应液，配比P=m:n，其中反应器总容积为V₀L，V₀=n+m，将上述反应液用工业浓硫酸调节pH值为1.80‑1.95，通入生物反应器内循环流动，在室温25‑28℃下通入空气进行曝气，其曝气量为1.08‑2.05L/L·min，循环流量为0.28‑0.32L/h，当反应进行到[Fe^2＋]≤1.0kg/m³时为一个完整的反应周期，重复此操作步骤，此过程称为微生物在载体上的固定化过程，亦称挂膜过程，直至相邻两个反应周期所需时间基本相同，完成挂膜过程；在此基础上重复上述操作过程，在反应周期处于稳定状态下，制备全铁含量为40～80kg/m³的聚合硫酸铁溶液；载体上固定化的微生物数量达10⁸个/mL量级，载体上固定化的生物量按每毫升溶液中所含微生物的数量计，将每个周期剩余的[Fe^2＋]≤1.0kg/m³的溶液收集到溶解曝气池中曝气反应，待[Fe^2＋]≤0.3kg/m³即为所得聚合硫酸铁成品，此成品可用于各种水的混凝处理。