高效絮凝剂生物聚合硫酸铁的制备及性能研究

1引言


混凝过程是给水和废水处理众多工艺流程中不可缺少的前置单元操作技术。混凝处理效果的好坏往往决定着后续过滤过程的效果，进而影响整个水净化工艺的出水质量和处理费用。混凝过程的关键在于选用合适的混凝剂（絮凝剂）以及适当的投加剂量。因此，近年来水处理工作者在研究制备高效、价廉的混凝剂方面做了大量工作。


聚合硫酸铁（简称PFS）是当前工业生产量较大、应用较广的一种无机高分子絮凝剂，它具有用量少、效率高、沉降速度快、适用pH范围宽等优点。目前生产PFS的方法很多，例如空气催化氧化法、氯酸钾（钠）氧化法、硫铁矿灰加压酸溶法、四氧化三铁矿酸溶氧化法、雾化法等。这些方法生产条件苛刻，反应时间长，温度高，使用的亚硝酸盐催化剂可致癌，生产过程会产生对环境不利的氮氧化物。为此，我们进行了PFS的生物催化氧化制备研究，利用恒化器原理和SBR技术，研究制取了一种新型高效絮凝剂生物聚合硫酸铁（简称高效絮凝剂生物聚合硫酸铁），并对其性质和性能进行了分析和研究。


2高效絮凝剂生物聚合硫酸铁制备


2.1方法及原理


在筛选和驯化基础上，优选T.f97等4种以嗜酸好氧自养菌为主的微生物混合菌种，作为生物催化剂。以工业硫酸铁为原料，配制一定浓度的FeS04溶液，用H2S04调节pH值，加入合适的营养物质，引入混合菌种，作为料液。在室温下鼓入空气作氧化剂，FeS04在微生物作用下经氧化、水解、聚合反应即生成高效絮凝剂生物聚合硫酸铁。


2.2制备工艺


2.2.1连续式制备工艺


连续式制备工艺流程如图1所示。
图1 连续式生产工艺流程


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，在不同的反应器中，反应逐步进行，最终制得成品的高效絮凝剂生物聚合硫酸铁。


2.2.2序批式制备工艺


序批式制备是基于SBR技术，工艺流程如图2所示，系统只设1个单元，在不同时期发挥不同作用，分为3个阶段。在进料期按比例加入FeS04溶液、菌种及氮、磷、钾等营养物质，作为料液；在反应期鼓入空气，控制温度在25℃左右，使微生物快速生长代谢；生成的高效絮凝剂生物聚合硫酸铁可在排液期排出，并留存一定量成品溶液作为下次反应的母液。
 


2.3制备条件


经实验确定制备工艺的最佳条件：反应温度为25℃左右，此为微生物菌种的适宜生存环境；初始pH值为1.4-1.7，用H2S04调节；H2S04与Fe2+的最佳摩尔比为1:8左右；反应时间为16-31h，母液留存越多，反应时间越短。