CN103088100A

CN103088100A - 一种混合菌种快速催化氧化钛白副产物制备聚合铁的方法

Info

Publication number: CN103088100A
Application number: CN2011103298413A
Authority: CN
Inventors: 刘海宁; 任丹; 关晓辉; 张凯松
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明提供一种利用混合菌种高效催化氧化钛白粉副产物制备聚合硫酸铁絮凝剂的方法。以嗜酸氧化亚铁铁硫杆菌（Acidithiobacillusferrooxidans ， A.ferrooxidans）和氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillumferrooxidans,L.ferrooxidans）混合菌种为生物催化剂，以钛白粉副产物硫酸亚铁、水、浓硫酸为主要原料，通过生物催化氧化作用制备聚合硫酸铁絮凝剂。在反应的过程中，产品的pH和Fe³⁺浓度不断变化，混合菌种可以使不同的反应阶段都有具有较高Fe²⁺催化氧化活性的细菌存在。从而相对于单一菌种，以混合菌种为生物催化剂大大提高了Fe²⁺的氧化速率。产品为棕红色液体，经冷冻干燥后为黄色粉末，盐基度18%以上，全铁含量20%以上。本方法制备条件温和，对环境友好,投资少，生产成本低廉，设备简单，操作方便，无污染，可实现清洁生产。

Description

一种混合菌种快速催化氧化钛白副产物制备聚合铁的方法

技术领域

本发明涉及一种水处理剂的制备工艺，具体为混合菌种催化氧化制备无机高分子絮凝剂的生物合成方法。

背景技术

混凝过程是水处理的关键步骤，影响到整个水处理过程的效果。混凝剂的种类和性质直接影响到混凝沉淀后的污泥的处理，也是污泥处理的关键技术。目前，聚合硫酸铁的制备主要有直接氧化法、催化氧化法、四氧化三铁矿酸溶氧化法等。催化氧化法是硫酸亚铁在亚硝酸钠或者二氧化锰等催化剂的作用下，在合适的温度下，催化氧化制备成聚合铁，这一方法是目前制备聚合铁的常用方法。这些制备方法普遍存在生产条件苛刻、反应时间长、反应温度高、成本高、使用的亚硝酸盐催化剂属致癌物质等不足。本发明公开了嗜酸氧化亚铁铁硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌混合菌种作为生物催化剂，催化氧化硫酸亚铁制备无机高分子水处理材料——生化聚合硫酸铁。

中华人民共和国专利CN101503710公布了一种利用单一菌种催化合成聚合硫酸铁的方法。但是，该方法仅使用了单一菌种，在合成过程中由于反应条件的改变，细菌活性会受到较大影响，从而影响Fe²⁺氧化速率保持稳定。存在反应后期氧化速率变慢的现象。

本发明利用混合菌种催化氧化技术制备生化聚合硫酸铁，不仅制备条件温和，对环境友好，投资少，生产成本低廉，设备简单，操作方便，可实现清洁生产，而且在合成的全过程都存在由不同的细菌组成优势种群，使Fe²⁺的氧化保持较高的速率。成功克服了在反应后期Fe²⁺氧化速率变慢的弊端。

发明内容

本发明的目的在于公开一种利用混合菌种在适当条件下催化氧化钛白粉副产物制备生化聚合硫酸铁的新工艺。本发明克服了目前工业化学合成聚合硫酸需要高温、高压、强氧化剂、生产过程中产生有毒有害气体等缺陷。本发明在生产过程中不产生有害物质、且制备条件温和，可进行清洁生产。成本较目前工业化学合成方法大大降低。产品本身对环境友好，可广泛用于工业用水、生活用水及污水处理中。

利用混合菌种代替了单一菌种，在开始反应阶段，氧化亚铁硫杆菌活性较强，可以进行较快生长。随着反应的进行，反应体系中Fe³⁺浓度越来越高，氧化还原电位也逐渐升高，氧化亚铁硫杆菌生长受阻。而另外一种细菌氧化亚铁钩端螺旋菌可以在此环境中较好生长。因此，在合成的不同阶段，都存在能良好生长的细菌菌群，从而可以保持较高的亚铁离子氧化速率。

附图说明

图1是粉末状固态产品图。

本发明通过以下技术方案实现：

按比例加入所需量的FeSO₄料液及微生物所需营养；在运行期，通过鼓气、恒温控制，使微生物进行生长代谢，催化硫酸亚铁氧化，再经水解、聚合反应生成聚合铁。排出一定量聚合铁溶液作为产品，反应器中存留一定量溶液作为下次反应的接种液。

具体实施方式：

下面的实例用于阐述本发明，并不用于解释限制本发明的保护范围。

实施实例1

称取分析纯七水合硫酸亚铁200g与2L烧杯中，加入500mL混合菌种母液，再加入500mL纯水，用硫酸调节pH2.5，调节在曝气量5L/min，温度30℃。开始反应至亚铁离子浓度小于0.5g/L时停止反应。排出50%液体作为产品，剩下50%作为下次反应接种母液。将液态的生物聚合硫酸铁絮凝剂通过冷冻干燥得到粉末状的固态产品（如图1所示）。产品性质如下：

实施实例2

称取钛白粉副产物硫酸亚铁2.2kg与30L反应器中，加入10L生化聚合硫酸铁母液，再加入10L纯水，用工业废硫酸调节pH2.5，调节曝气量35L/min，温度30℃。开始反应值亚铁离子浓度小于0.3g/L时停止反应。排出50%液体作为产品，剩下50%作为下次反应接种母液。将液态的生物聚合硫酸铁絮凝剂通过冷冻干燥得到粉末状的固态产品（如图1所示）。产品性质如下：

Claims

1.一种利用混合菌种高效催化氧化钛白粉副产物制备聚合硫酸铁絮凝剂的方法，其特征在于：以钛白粉副产物硫酸亚铁、硫酸为主要反应物，以纯水为反应介质，使用嗜酸氧化亚铁铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans，A. ferrooxidans）和氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans, L.ferrooxidans）混合菌种为生物催化剂，在适当条件下，高效催化氧化硫酸亚铁后水解聚合合成聚合硫酸铁絮凝剂。

2.权利要求1中所述的反应物，其特征在于：纯度为工业级的钛白粉副产物硫酸亚铁。

3.权利要求1中所述的反应物，其特征在于：加入量约为折合Fe²⁺40 g/L。

4.权利要求1中所述的反应物，其特征在于：硫酸为浓硫酸或者工业废硫酸。

5.权利要求1中所述的菌种，其特征在于：有效菌种包含两种细菌的混合菌种：嗜酸氧化亚铁铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans，A. ferrooxidans）和氧化亚铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferrooxidans, L.ferrooxidans）。

6.权利要求1中所述的适当条件，其特征在于： pH2.5、初始的亚铁离子含量40g/L、接种微生物比例50%、反应温度30℃、压力为1个标准大气压。