一种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法。本方法针对酸洗废水中的重金属离子(Cr3+、Ni2+)，以酸洗废水中的Fe2+为能源，用生物法合成黄钾铁矾，同时去除酸洗废水中的重金属离子，过滤后得到黄钾铁矾和无重金属离子的酸洗废水。具体步骤如下：以嗜酸性硫杆菌A.ferrivorans为实验细菌，以酸洗废水为溶液配制9K培养基。在250ml锥形瓶中加入150ml的培养基，添加能源物质Fe2+，投加1ml的A.ferrivorans菌液，控制初始pH在1.5～3.5，初始Fe2+浓度在0.5～10g/L，温度在15～35℃。在180r/min恒温振荡箱中经8～10天的反应时间，最高可合成黄钾铁矾3.17g，重金属离子Cr3+和Ni2+的去除率最高可达到87.02％和55.30％。
【专利说明】一种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种酸洗废水的处理方法，具体涉及一种生物法合成黄钾铁矾处理酸 洗废水的方法。
【背景技术】
[0002] 在钢铁行业的生产加工过程中，不可避免地要经过退火、正火、淬火、焊接等加工 过程，表面时常会产生黑色的氧化皮。氧化皮不仅影响钢材的外观质量，也会对产品的后续 加工产生不利影响，故在后续加工前必须采用酸洗、抛光等表面处理发放将其出去。酸洗工 艺主要是用盐酸或硫酸、氢氟酸和硝酸等混酸对产品进行清洗。但是酸洗过程中会产生大 量的酸洗废水。
[0003] 酸洗废水中含有大量的Fe2+和Fe3+，同时含有大量的重金属离子，特别是Cr 3+、Ni2+ 含量最高，对人体危害巨大。我国现阶段酸洗废水的处理基本上是使用最简单的沉淀法，尽 管操作简单，但废水中大量的铁离子得不到回收利用，浪费了大量的有用资源。目前处理酸 洗废水的方法有：
[0004] 中国专利I (CN 201010613021. 2)公开了一种钢铁工业酸洗废水和金属离子的处 理方法，该方法采用投加石灰中和沉淀去除重金属离子，并用膜分离器进行固液分离。
[0005] 中国专利2 (CN 201210491599.4)公开了一种工业酸洗废水的处理方法，该方法 采用酸洗废水合成水滑石，去除废水中的重金属离子。
[0006] 上述酸洗废水的处理方法存在以下缺陷：
[0007] (1)所述方法需要投加大量的石灰和碱液等药剂，同时生成大量的沉淀。沉淀称为 酸洗污泥，还有大量的重金属离子，属于危险废物（HW17)，造成二次污染，如专利1。
[0008] (2)所述方法需要投加适量的三价或二价金属离子来调节离子的比例，增加成本， 资源浪费，如专利2。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于针对酸洗废水中的重金属离子（Cr3+、Ni2+)，采用嗜酸性硫杆菌 A. ferrivoran利用酸洗废水中的Fe2+为能源生物法合成黄钾铁研^，同时去除其中的重金属 离子，提供一种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法。
[0010] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方 法，包括如下步骤：
[0011] (1)分离纯化A. ferrivorans :从污水处理厂取二沉池污泥，分离纯化后得到纯培 养的 A. ferrivorans ;
[0012] (2)酸洗废水预处理：将酸洗废水过滤后灭菌备用；
[0013] (3)黄钾铁矾的合成以及重金属的去除：以灭菌后的酸洗废水为溶液配制9K培养 基，投加纯培养的A. ferrivorans菌液,加酸调节初始pH,加亚铁离子盐调节初始Fe2+浓度， 摇床反应，反应结束后，生成黄钾铁矾沉淀，同时去除酸洗废水中的重金属离子。
[0014] 所述步骤⑴中分离纯化是指配制9K培养基并加入FeSO4 · 7H20,将污泥进行三 到四次的传代培养，采用双层平板法涂布，纯化得到纯培养的A. ferrivorans菌液。
[0015] 所述步骤（2)中的酸洗废水用0. 22 μ m滤膜过滤灭菌。
[0016] 所述步骤（3)中的初始pH控制在L 5?3. 5,投加初始Fe2+的浓度控制在0· 5? l〇g/L，亚铁离子盐采用FeSO4 · 7H20,反应过程温度控制在15?35°C，摇床转速在180r/ min，反应时间为8?10天。
[0017] 原理说明：
[0018] 嗜酸性硫杆菌A. ferrivorans在生长的过程中，溶液中Fe2+不断被氧化为Fe3+,而 Fe3+易水解，发生一系列的水解反应，形成多种多核羟基络离子，这些多核羟基络离子以溶 液中的菌体作为成核点聚集生长，最终形成黄钾铁矾类沉淀。
[0019] 黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH) 6]是性能优异、稀有昂贵的赭黄色无机颜料，生物法合 成黄钾铁矾无需高温高压、时间短，且由于微生物胞外聚合物的作用，比化学方法合成的具 有更好的均一性和更加完美的晶型，因此在材料应用方面有更高的潜力。同时由于新生的 黄钾铁矾具有比表面积大的特点，能强烈吸附溶液中某些共存离子，从而起到去除溶液中 某些杂质或富集某些有价金属的作用。
[0020] 本发明与现有技术相比，其显著优点是：
[0021] (1)操作简单，菌生存能力适应性强，运行过程无需特殊控制。
[0022] (2)嗜酸性硫杆菌A. ferrivorans直接利用酸洗废水中的Fe2+为能源，无需投加 大量的药剂。
[0023] (3)反应不会生成酸洗污泥这一危险废物，不会造成二次污染。
[0024] (4)生物法合成的黄钾铁矾较化学法合成具有更好的均一性和更加完美的晶型， 因此在材料应用方面有更高的潜力。
[0025] (5)本发明经过8?10天的生物反应时间，最高可合成黄钾铁矾3. 17g，重金属离 子（Cr3+，Ni2+)的去除率最高分别达到87. 02 %和55. 30%。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是初始pH对菌株活性的影响曲线图。
[0027] 图2是初始pH对黄钾铁矾生成量的影响曲线图。
[0028] 图3是初始Fe2+浓度对菌株活性的影响曲线图。
[0029] 图4是初始Fe2+浓度对黄钾铁矾生成量的影响曲线图。
[0030] 图5是温度对菌株活性的影响曲线图。
[0031] 图6是温度对黄钾铁矾生成量的影响曲线图。
【具体实施方式】
[0032] -种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法，采用嗜酸性硫杆菌 A. ferrivorans利用酸洗废水中的Fe2+为能源生物法合成黄钾铁矾，同时去除其中的重金 属离子，具体步骤如下：
[0033] (1)分离纯化A. ferrivorans :从污水处理厂（南京城东污水处理厂）取二沉池污 泥，分离纯化后得到纯培养的A. ferrivorans ;
[0034] (2)酸洗废水预处理：将酸洗废水（江苏省某钢铁厂去除钢铁表面氧化物过程中 产生的废水）用0. 22 μ m滤膜过滤灭菌后备用；
[0035] (3)黄钾铁矾的合成以及重金属的去除：以灭菌后的酸洗废水为溶液配制9K培养 基，投加纯培养的A. ferrivorans菌液，加酸调节初始pH,加 FeSO4 · 7H20调节初始Fe2+浓 度，摇床反应，反应结束后，生成黄钾铁矾沉淀，同时去除酸洗废水中的重金属离子（Cr 3+， Ni2+)。
[0036] 本发明首先是通过以下方法分离纯化污泥中的A. ferrivorans。选用液体 9K培养基对菌液进行富集筛选。在250ml锥形瓶中加入IOOml灭菌后的9K盐溶液和 4. 46gFeS04 · 7H20,用50%的H2SO4调节pH2. 0左右，于30°C，180r/m摇床中恒温震荡培养， 经过三到四次传代培养，使得A. ferrivorans成为绝对优势菌群。将培养至对数期的新鲜 菌液涂布于9K固体培养基，在30°C培养箱中倒置培养至长出单菌落。挑单个菌斑至20ml 液体亚铁培养基中，30°C摇瓶培养，待菌液变成红棕色后，再传种至回复活性，再用固体9K 分离一次，镜检菌体形态一致，即认为得到纯培养的菌株。
[0037] 用ICP-AES测定酸洗废水中的重金属含量，结果见表一。
[0038] 表一
[0039]
【权利要求】
1. 一种生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 分离纯化A.ferriV〇ranS :从污水处理厂取二沉池污泥，分离纯化后得到纯培养的 A.ferrivorans ； (2) 酸洗废水预处理：将酸洗废水过滤后灭菌备用； (3) 黄钾铁矾的合成以及重金属的去除：以灭菌后的酸洗废水为溶液配制9K培养基， 投加纯培养的A. ferrivorans菌液,加酸调节初始pH至1. 5?3. 5,加亚铁离子盐调节初始 Fe2+浓度，摇床反应，反应结束后，生成黄钾铁矾沉淀，同时去除酸洗废水中的重金属离子。
2. 如权利要求1所述的生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法，其特征在于，步骤 (1) 中所述的分离纯化是指配制9K培养基并加入FeS04 *7H20,将污泥进行三到四次的传代 培养，采用双层平板法涂布，纯化得到纯培养的A. ferrivorans菌液。
3. 如权利要求1所述的生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法，其特征在于，步骤 (2) 中所述的酸洗废水用0. 22 y m滤膜过滤灭菌，所述的酸洗废水是指去除钢铁表面氧化 物过程中产生的废水。
4. 如权利要求1所述的生物法合成黄钾铁矾处理酸洗废水的方法，其特征在于，步骤 (3) 中调节初始Fe2+浓度控制在0. 5?10g/L，亚铁离子盐采用FeS04 ? 7H20,反应过程温度 控制在15?35°C，摇床转速在180r/min，反应时间为8?10天。
【文档编号】C02F9/14GK104445827SQ201410766052
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】孙秀云, 李立松, 王连军, 褚禛, 李健生, 沈锦优, 刘晓东, 韩卫清, 孙晓蕾, 李桥 申请人:南京理工大学