基于生物催化氧化技術(shù)的生物聚合硫酸鐵制備及性能研究綜述.pdf

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1、第33卷第4期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)V01．33．No．42013年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2013文章編號(hào)：1005—2992(2013)04—0015—04基于生物催化氧化技術(shù)的生物聚合硫酸鐵制備及性能研究綜述關(guān)曉輝，王立剛，魯敏，徐小惠(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要：基于生物催化氧化技術(shù)，以微生物為綠色催化劑制備的液體生物聚合硫酸鐵(bio—polymericferricsulfate，BPFS)具有良好的除濁、除COD等性能，且生產(chǎn)條件溫和、生產(chǎn)成本低、無污染，成品B

2、PFS中含有的微生物分泌物還可以起到一定的助絮作用，廣泛用于飲用水、給水、生活污水和工業(yè)廢水的處理中，且綜述了課題組多年來在BPFS的制備及性能研究領(lǐng)域的主要成果及今后的研究方向。關(guān)鍵詞：生物催化氧化；生物聚合硫酸鐵；制備；性能中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A聚合硫酸鐵(PolymericFerricSulfate，PFS)也稱堿式硫酸鐵或羥基硫酸鐵，分子式一般可表示為[Fe：(OH)(s0)，一]，它在水溶液中存在著多種配位離子，它們以O(shè)H一作為架橋形成多核配離子，從而變成較大的無機(jī)高分子化合物。與其他各種絮凝劑相比，聚合硫酸鐵具有生產(chǎn)成本低、凈

3、化過程投加量少、適用pH范圍廣、雜質(zhì)(濁度、COD、懸浮物等)去除率高、殘留物濃度低、礬花沉降速度快、脫色效果好等特點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用Et益廣泛。目前生產(chǎn)PFS的方法很多，如強(qiáng)氧化劑直接氧化法、催化氧化法、鐵礦石酸溶法等，但這些制備方法生產(chǎn)條件苛刻，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，成本較高，殘留氧化劑對(duì)其加藥系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常使用的催化劑有致癌作用(比如亞硝酸鹽)?。為解決這些不足，針對(duì)已存在的問題，本課題組從新催化劑的尋找和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化這兩點(diǎn)出發(fā)，用生物催化氧化技術(shù)代替普通催化劑催化氧化技術(shù)，利用微生物的催化氧化作用制備出液體生物聚合硫酸鐵(Bio—Polym

4、ericFerricSulfate，BPFS)。BPFS不但擁有PFS的眾多優(yōu)點(diǎn)(如：良好的除濁、除COD性能)，除此之外，它的生產(chǎn)條件溫和，生產(chǎn)成本低，無污染，成品BPFS中含有的微生物分泌物還可以起到一定的助絮作用。多年來，本課題組一直致力于BPFS的制備及改性研究工作中，并取得了相應(yīng)的成果。因此，本文主要針對(duì)課題組在BPFS制備方面的研究工作進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。1制備原理和工藝1．1制備原理微生物可以在酸性條件下催化氧化硫酸亞鐵，反應(yīng)過程中發(fā)生Fe的水解反應(yīng)，水解過程中有中間產(chǎn)物生成，即聚合鐵，控制溶液的酸度可以使中間產(chǎn)物穩(wěn)定存在，則可制成生物聚合鐵

5、(BPFS)。反應(yīng)式如下：4Fe2++O2+4H+!Fe3++2HO，2收稿日期：2013—01—14作者簡(jiǎn)介：關(guān)曉輝(1962一)，男，遼寧省鐵嶺市人，東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授，博士，主要研究方向：水處理技術(shù)和納米材料制備16東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第33卷Fe2(so4)3+nH20Fe2(oH)(so4)(3一導(dǎo))+詈H2s04，a[Fe(OH)(s0)f3_旦)]+A—a[Fe。(OH)(sO)(3_孚)]·nA(A為微生物)．1．2制備工藝在篩選和馴化的基礎(chǔ)上，優(yōu)選．廠q等4種以嗜酸好氧自養(yǎng)菌為主的混合細(xì)菌作為生物催化劑，以工業(yè)FeSO·7H：

6、O為原料制備BPFS。經(jīng)過幾代的馴化復(fù)壯，確定混合菌種所需的最佳營(yíng)養(yǎng)比例，結(jié)果表明制備過程中所加營(yíng)養(yǎng)比例較小，所用的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)總量為3．6mmol／L，相對(duì)于其他的PFS的制備方法，在BPFS溶液中引入的離子量大為減少。因此，BPFS的使用，可減輕水的后續(xù)除鹽處理負(fù)荷，提高水處理效率一。1．2．1連續(xù)式制備工藝連續(xù)式制備工藝流程如圖1所示。料液中的上I』I』r_FeSO在微生物的催化氧化作用下，逐步氧化、水解、衛(wèi)衛(wèi)_衛(wèi)衛(wèi)-衛(wèi)衛(wèi)聚合，在不同的反應(yīng)器中，反應(yīng)逐步進(jìn)行，最終制得成品的BPFS。一級(jí)反應(yīng)器二級(jí)反應(yīng)器三級(jí)反應(yīng)器成品儲(chǔ)罐1．2．2序批式制備工藝圖1

7、連續(xù)式生產(chǎn)工藝流程序批式制備是基于SBR技術(shù)，工藝流程如圖2所示，系統(tǒng)只設(shè)1個(gè)單元，在不同時(shí)期發(fā)揮不同作成時(shí)用，分為3個(gè)階段。在進(jìn)料期按比例加入FeSO溶液、菌種及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，作為料液；在反應(yīng)期鼓人空氣，控制溫度在25℃左右，使微生物快速生長(zhǎng)代謝；生成的BPFS可在排液期排出，并留存一定量成品溶液作為下次反應(yīng)的母液。進(jìn)料期反應(yīng)期排液期2主要研究?jī)?nèi)容圖2SBR法生產(chǎn)工藝流程2．1BPFS的制備及性能研究2．1．1微生物適應(yīng)性馴化經(jīng)對(duì)微生物進(jìn)行適應(yīng)性馴化培養(yǎng)，獲得了在較高全鐵含量下具有較高催化氧化活性的菌株，縮短了反應(yīng)周期。這表明微生物經(jīng)過馴化

8、后能夠適應(yīng)新的環(huán)境，具有較高的催化活性。由馴化后的微生物催化氧化制得的生物聚合鐵是外觀為紅褐色的粘稠液體。采