一种利用微生物固定化制备聚合硫酸铁的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种聚合硫酸铁的制备方法，具体地说，是一种利用微生物固定化制 备聚合硫酸铁的方法。
【背景技术】
[0002] 聚合硫酸铁(PFS)是一种液体呈红褐色、固体为黄色粉末的无机高分子絮凝剂。同 传统的硫酸侣、硫酸亚铁、聚合侣等相比，PFS生产成本低、投药量少、凝聚快、絮体强度高， 具有除浊、脱色、除菌、除放射性元素、除重金属离子、降低COD、除硫化物和憐酸盐等特点， 且具有pH值适用范围广、易于处理低溫低浊水、无毒、对设备腐蚀小等优点。
[0003] PFS是国外1970年代开发的一种新型无机高分子混凝剂，由于在给水和排水处理 方面的综合性能超过传统混凝剂，其应用范围不断扩大，日益受到本领域的重视。我国从 1980年代初期开始研制PFS，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。
[0004] 目前，生产Ρ?^的主要方法可分为直接氧化法和催化氧化法两类，其中催化氧化法 又分为无机催化剂催化氧化和微生物催化氧化两种方法。
[000引直接氧化法采用强氧化剂将亚铁离子氧化为Ξ价铁离子，然后经过水解、聚合得 到PFS，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。
[0006] 无机催化剂催化氧化法是指在酸性条件下，在催化剂（亚硝酸钢或硝酸）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。氧气 是一种强氧化剂，其标准氧化还原电位为1.229V〉0.771V，可将亚铁离子氧化成为铁离子， 但其氧化速度很慢，必须加入催化剂才能使反应顺利进行。但无论是W亚硝酸钢为催化剂 或是W硝酸为催化剂，反应过程中都会有氮氧化物产生而污染大气环境，而亚硝盐是一种 可疑的致癌物质，残留在产品中会对处理水尤其是饮用水质量产生影响。
[0007] 现有的微生物催化氧化法的不足之处是，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，使得后续制备周期延长、效率降低。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于解决现有微生物催化氧化法技术存在的不足，提出一种操作简 单、成本低、生产效率高、产品稳定性好的利用微生物固定化制备聚合硫酸铁的方法。
[0009] 本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：一种利用固定化微生物制备聚合 硫酸铁的方法，它包括:采用保藏单位：中国普通微生物菌种保藏管理中屯、，地址:北京市朝 阳区北辰西路1号院3号，菌保藏日期：2015年04月21日，株编号为CGMCC NO :10725的氧化 亚铁硫杆菌(TMobacillusfe;r;rooxidans)，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C〇2为碳源，并吸收氮、憐等无机营养来完成细胞合成W及自身的新陈代 谢，在此过程中化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w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=AXVX278/56计算需要投加 的工业FeS〇4 · 7此0的质量X，在常溫下，加入到盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95的 化水的容器中，并按氯化钟l-2g/m3、硫酸锭40-80g/m3、憐酸氨二钟20-40g/m 3、硫酸儀20- 40g/m3、硝酸巧1.5-3g/m3加入营养物质，得到的溶液即为反应料液i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Ξ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=AXVX 278/56计算需要投加 的工业FeS〇4 · 7出0的质量X，在常溫下，先加入质量为1/3X的工业化S〇4 · 7此0于盛有用工 业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95的化水的溶解曝气池中，并按氯化钟l-2g/m3、硫酸锭40- 80g/m3、憐酸氨二钟20-40g/m3、硫酸儀20-40g/m3、硝酸巧1.5-3g/V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[Fe2+] <3. Okg/m3时，再加入 质量为2/3X的工业化S〇4 · 7出0，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Π 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=AXVX 278/56计算需要投加 的工业FeS〇4 · 7出0的质量X，在常溫下，先加入质量为1/2X的工业化S〇4 · 7此0于盛有用工 业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95的化水的溶解曝气池中，并按氯化钟l-2g/m3、硫酸锭40- 80g/m3、憐酸氨二钟20-40g/m3、硫酸儀20-40g/m3、硝酸巧1.5-3g/V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[Fe2+] <3. Okg/m3时，再加入 质量为1/2X的工业化S〇4 · 7出0，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m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，在室溫 25-28°C下通入空气进行曝气，其曝气量为1.08-2.5化/L · min，循环流量为0.28-0.3化A， 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， [化2+] < 1 .Okg/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 取化步骤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: η，其中反应器总容积为V日L，V〇=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，在室溫25-28°C下通入空气进行 曝气，其曝气量为1.08-2.0化/L · min,循环流量为0.28-0.3化A，当反应进行到[Fe2+] < l.Okg/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1〇8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[Fe2+] ^ l.Okg/m3的溶液收集到溶解曝 气池中曝气反应，待[Fe2+]含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。
[0010] 所述步骤3)中制备完成后得到全铁含量为40~80kg/m3的聚合硫酸铁产品，外观 为褐色粘稠液体，其工艺参数、产品主要技术指标为：当P=l:l时，Fe2+的平均氧化速率为 1.91-3.35g/L · h，稳定的反应周期为6.化-10.化，pH值为1.80-1.95，载体上固定化的微生 物数量为1〇8个/mL量级；当P=2:1时，Fe2+的平均氧化速率为1.55-2.83g/L · h，反应周期稳 定在4.化-8.地，载体上固定化的微生物数量为108个/mL量级；当P=1: 2时，Fe2+的平均氧化 速率为1.60-3 . Og/L · h，反应周期稳定在9.化-16 .化，载体上固定化的微生物数量为1〇8 个/mL量级；当P=0:4时，Fe2+的平均氧化速率为1.62-3.25g/L · h，反应周期稳定在12.6h- 24.她，载体上固定化的微生物数量为108个AiL量级。
[0011] 本发明与现有技术相比，具有的效果体现在： (1) 采用中国普通微生物菌种保藏管理中屯、，菌株编号为CGMCC NO :107化的氧化亚铁 硫杆菌，该菌WC〇2为碳源，W无机物为营