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生物聚合硫酸鐵的製備工藝及效能研究

    釋出時間▩╃↟:2016年12月19日        【

混凝過程是給水和廢水處理眾多工藝流程中不可缺少的前置單元操作技術╃↟·•◕。混凝過程的關鍵在於選用合適的混凝劑(絮凝劑)以及適當的投加劑量╃↟·•◕。

聚合硫酸鐵(簡稱PFS)是當前工業生產量較大☁╃、應用較廣的一種無機高分子絮凝劑·╃,它具有用量少☁╃、效率高☁╃、沉降速度快☁╃、適用pH範圍寬等優點╃↟·•◕。目前生產PFS的方法很多·╃,例如空氣催化氧化法☁╃、氯酸鉀(鈉)氧化法☁╃、硫鐵礦灰加壓酸溶法☁╃、四氧化三鐵礦酸溶氧化法☁╃、霧化法等╃↟·•◕。這些方法生產條件苛刻·╃,反應時間長·╃,溫度高·╃,使用的亞硝酸鹽催化劑可致癌·╃,生產過程會產生對環境不利的氮氧化物╃↟·•◕。為此·╃,我們進行了PFS的生物催化氧化制各研究·╃,利用恆化器原理和SBR技術·╃,研究製取了一種新型高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵(簡稱生物聚合硫酸鐵)╃↟·•◕。並對其性質和效能進行了分析和研究╃↟·•◕。

2生物聚合硫酸鐵的製備

2.1方法及原理

在篩選和馴化基礎上·╃,優選4種以嗜酸好氧自養菌為主的微生物混合菌種·╃,作為生物催化劑╃↟·•◕。以工業硫酸鐵為原料·╃,配製一定濃度的FeS04溶液·╃,用H2S04調節pH值·╃,加入合適的營養物質·╃,引入混合菌種·╃,作為料液╃↟·•◕。在室溫下鼓入空氣作氧化劑·╃,FeS04在微生物作用下經氧化☁╃、水解☁╃、聚合反應即生成生物聚合硫酸鐵╃↟·•◕。

2.2製備工藝

2.2.1連續式製備工藝

連續式制各工藝流程如圖l所示╃↟·•◕。

料液中的FeS04在微生物的催化氧化作用下·╃,逐步氧化☁╃、水解☁╃、聚合·╃,在不同的反應器中·╃,反應逐步進行·╃,較終制得成品的生物聚合硫酸鐵╃↟·•◕。

2.2.2序批式製備工藝

序批式製備是基於SBR技術·╃,工藝流程如圖2所示·╃,系統只設1個單元·╃,在不同時期發揮不同作用·╃,分為3個階段╃↟·•◕。在進料期按比例加入FeS04溶液☁╃、菌種及氮☁╃、磷☁╃、鉀等營養物質·╃,作為料液;在反應期鼓入空氣·╃,控制溫度在25℃左右·╃,使微生物快速生長代謝▩╃↟:生成的生物聚合硫酸鐵可在排液期排出·╃,並留存一定量成品溶液作為下次反應的母液╃↟·•◕。

2.3製備條件

經實驗確定制各工藝的較佳條件▩╃↟:反應溫度為25℃左右·╃,此為微生物菌種的適宜生存環境;初始pH值為1.4-1.7·╃,用H2S04調節;H2S04與Fe2+的較佳摩爾比為1▩╃↟:8左右▩╃↟:反應時間為16-31h·╃,母液留存越多·╃,反應時間越短╃↟·•◕。

3生物聚合硫酸鐵性質

3.1pH值的測定

在製備過程中·╃,嗜酸菌生命過程消耗一定酸·╃,使pH值升高╃↟·•◕。用pHS-2C型數字式酸度計及複合電很直接測量pH值·╃,pH=1.95-2.18(15℃)·╃,比一般聚合鐵的pH值高·╃,對系統的腐蝕性較弱╃↟·•◕。

3.2全鐵的測定

用重鉻酸鉀法(SnCl2-HgC12法)·╃,測得全鐵的範圍為38.1-40.5g/L╃↟·•◕。

3.3鹽基度的測定

參照《化學工業標準彙編-水處理藥劑》中提供的方法·╃,測得鹽基度範圍為20.85%-23.97%╃↟·•◕。與普通聚合鐵相比·╃,具有較高的鹽基度╃↟·•◕。鹽基度越高·╃,絮凝效果越好╃↟·•◕。

3.4COD的測定

生物聚合硫酸鐵中微生物及其部分代謝產物屬有機物質·╃,生物聚合硫酸鐵中COD的測定參照3.3標準中提供的方法(重鉻酸鉀法)·╃,測得COD為80.5-120.6mg/L╃↟·•◕。生物聚合硫酸鐵的COD值與其良好的混凝效能有密切關係·╃,有必要將COD作為生物聚合硫酸鐵的性質指標之一╃↟·•◕。

4微量組分的測定

生物聚合硫酸鐵中含有大量的鐵·╃,使其呈紅褐色·╃,影響各項測試·╃,因此用優級純NaOH沉澱其中鐵·╃,過濾定容·╃,作為試樣╃↟·•◕。

K+含量為5.51μg/L(採用267型原子吸收分光光度計·╃,標準加入法)·╃,Ca2+含量為66.81μg/L(採用267型原子吸收分光光度計)·╃,Mg2+含量為70.20μg/L(採用267型原子吸收分光光度計)·╃,Pb含量為3.125mg/L(採用日本島津A.6800型原子吸收分光光度計)·╃,As未檢出·╃,NO3-含量為0.85mg/L(採用日本島津UV-250紫外-可見光分光光度計)·╃,PO4^3-含量為0.715mg/L(採用流動注射分光光度法)╃↟·•◕。

透過分析測定得出了生物聚合硫酸鐵的基本性質及其中各微量組分的含量·╃,參照飲用水標準·╃,其含量不影響飲用水的處理╃↟·•◕。各種組分含量很低·╃,不影響混凝出水水質╃↟·•◕。另外·╃,生物聚合硫酸鐵的性質穩定·╃,長期存放(近2年)·╃,各項指標均未發生明顯變化╃↟·•◕。

5生物聚合硫酸鐵效能研究

透過2年多的實驗研究和某製藥廠的應用表明·╃,生物聚合硫酸鐵具有良好的除濁☁╃、除有機物效能·╃,加藥量在30mg/L左右·╃,濁度去除率達85%以上·╃,COD去除率為65%以上╃↟·•◕。生物聚合硫酸鐵不是傳統意義上的聚合鐵·╃,它不僅聚合度高·╃,而且其中含有部分微生物生物體·╃,在混凝過程中·╃,可催化氧化水中有機物·╃,起到凝聚結晶核心作用·╃,其本身的粘性又有助凝作用·╃,能吸附較大分子的溶解態有機物╃↟·•◕。

生物聚合硫酸鐵成品中所含的COD物質·╃,主要是微生物及其代謝產物·╃,使用時·╃,不但不會造成出水的COD值增加·╃,相反會使其大大降低╃↟·•◕。這些物質在混凝☁╃、澄清過程中·╃,可被礬花有效帶出·╃,而且這些物質本身具有絮凝作用╃↟·•◕。這也正是生物聚合硫酸鐵的一個顯著特點╃↟·•◕。實驗證明·╃,生物聚合硫酸鐵經混凝☁╃、澄清☁╃、過濾後未帶入後續處理系統·╃,出水中也未檢出生產所用的菌種╃↟·•◕。而且在產品中不吉自大量不發生混凝作用的電解質·╃,不會造成水中含鹽量增加·╃,可減輕除鹽工藝執行成本╃↟·•◕。

6結論

生物聚合硫酸鐵的制各工藝具有投資少☁╃、裝置簡單☁╃、操作方便等優點;條件溫和·╃,可在常溫常壓下進行;無汙染·╃,可實現清潔生產;生產成本很低╃↟·•◕。生物聚合硫酸鐵產品鹽基度高·╃,酸度低·╃,含有的微生物可提高活性泥渣的活性·╃,處理效果好╃↟·•◕。產品的除濁☁╃、除有機物效能好·╃,對pH適應範圍寬·╃,對水溫不敏感·╃,對低溫☁╃、低濁水也有很好的處理效果╃↟·•◕。用量少·╃,噸水處理成本低╃↟·•◕。形成的礬花密實·╃,沉降速度快·╃,可提高出水能力╃↟·•◕。

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