[發(fā)明專利]一種微生物催化制備聚合硫酸鐵的裝置和制備方法

有效

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• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112661197B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 楊鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 成都湛藍未來環(huán)保科技有限公司
• 主分類號: C01G49/14
• 分類號: C01G49/14;C02F1/52
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 房云

本發(fā)明公開一種微生物催化制備聚合硫酸鐵的裝置和制備方法，所述裝置設置在污水處理廠中，所述裝置包括生物反應器，生物反應器分別通過出液管和出料管與PFS產(chǎn)品儲存罐和沉淀物儲存罐連接，PFS產(chǎn)品儲存罐通過輸送管道與二沉池入口連接，二沉池和出水口通過進水管與生物反應器連接。所述生物反應器上安裝曝氣裝置，所述曝氣裝置包括氣管和曝氣頭，曝氣頭在生物反應器內(nèi)部，氣管的另一端與污水處理廠中的曝氣系統(tǒng)連接。本發(fā)明優(yōu)勢在于，將合成裝置設置于污水處理廠內(nèi)，使制備得到的產(chǎn)品通過輸送管道直接輸送至污水處理廠內(nèi)使用，有效節(jié)省運輸成本。

技術領域

本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術領域，具體涉及一種微生物催化制備聚合硫酸鐵的裝置和制備方法。

背景技術

聚合硫酸鐵(PFS)是一種無機高分子絮凝劑，液體呈紅褐色。聚合硫酸鐵是在鐵分子簇的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中引入羥基，以OH-架橋形成多核絡離子。聚合硫酸鐵廣泛應用于飲用水、工業(yè)用水、各種工業(yè)廢水、城市污水、污泥脫水等的凈化處理。聚合硫酸鐵與傳統(tǒng)絮凝劑如三氯化鐵、硫酸鋁、氯化硫酸鐵等相比具有凈化過程投加量少、使用pH范圍廣、對設備腐蝕小、雜質(zhì)去除率高、殘留物濃度低、脫水效果好、無毒等優(yōu)點。

我國從1980年代初期開始研制聚合硫酸鐵，在其制備技術、混凝特性及其應用等方面進行了大量的研究，并取得了顯著的進步。目前，生產(chǎn)聚合硫酸鐵的方法主要有直接氧化法和催化氧化法。

直接氧化法采用強氧化劑(如H₂O₂、NaClO、KClO₂、MnO₂等)將亞鐵離子氧化為三價鐵離子，然后經(jīng)過水解、聚合得到聚合硫酸鐵，具有工藝簡單、操作方便的優(yōu)點。但強氧化劑的使用量大導致生產(chǎn)成本高，而且氧化劑的使用引進了各種離子殘存在產(chǎn)品中，既影響了產(chǎn)品的質(zhì)量也會增加處理水的含鹽量。

催化氧化法又可分為無機催化氧化和微生物催化氧化。無機催化劑催化氧化法是指在酸性條件下，在催化劑(亞硝酸鈉或硝酸)的作用下，利用空氣或氧氣作為氧化劑，將亞鐵離子氧化為鐵離子，進而水解、聚合制得產(chǎn)品。但是，亞硝酸鈉或硝酸是致癌物質(zhì)，投加量大，產(chǎn)品中的亞硝酸易超標。另外，反應過程中都會有氮氧化物產(chǎn)生而污染大氣環(huán)境。

微生物催化氧化合成聚合硫酸鐵，主要是利用嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌在pH＜3的環(huán)境中催化氧化Fe²⁺，再經(jīng)水解聚合得到。嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌是革蘭氏陰性化能自養(yǎng)菌，生存在極端酸性的環(huán)境下，能夠通過氧化二價鐵的方式獲得生命活動所需能量。

微生物催化氧化合成聚合硫酸鐵的方法由于生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保等特點受到越來越多學者的關注。例如，南京農(nóng)業(yè)大學的周立祥老師在專利文獻CN101503710A中公開了一種微生物催化合成聚合硫酸鐵的方法，所述方法以硫酸亞鐵、水為主要原料，接種氧化亞鐵硫桿菌，常溫常壓下好氧培養(yǎng)2-4天，再經(jīng)氧化、水解和聚合等過程制備得到聚合硫酸鐵溶液，或者將液態(tài)產(chǎn)品干燥后得到固態(tài)粉末。再如，東北電力大學的關曉輝老師在專利文獻CN101215579A公開了一種微生物催化氧化硫酸亞鐵制備BPFS的方法，所述方法以工業(yè)硫酸亞鐵為原料，加入濃硫酸調(diào)節(jié)pH，以無機鹽為營養(yǎng)物，接種氧化亞鐵硫桿菌，制備得到全鐵含量為20-100kg/m³的聚合硫酸鐵。

基于現(xiàn)有公開的聚合硫酸鐵的制備方法，發(fā)明人認為不足之處具體體現(xiàn)在如下幾點：1，大多已經(jīng)公開的技術方案均是在實驗室條件中完成的，雖然產(chǎn)率高，但是一個生產(chǎn)周期得到的聚合硫酸鐵產(chǎn)量極小，根本不適合工業(yè)化生產(chǎn)和使用；2，接種后的微生物懸浮于溶液中隨產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移而流失，導致反應器內(nèi)的生物量急劇減少，生產(chǎn)效率變低；3，生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)品鐵礦物未能妥善利用，或由于反應條件控制不當導致產(chǎn)生的鐵礦物無法再次利用等。