專利名稱：一種混合菌種快速催化氧化鈦白副產(chǎn)物制備聚合鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及一種水處理劑的制備工藝，具體為混合菌種催化氧化制備無機(jī)高分子絮凝劑的生物合成方法。
背景技術(shù)：
混凝過程是水處理的關(guān)鍵步驟，影響到整個(gè)水處理過程的效果?；炷齽┑姆N類和性質(zhì)直接影響到混凝沉淀后的污泥的處理，也是污泥處理的關(guān)鍵技術(shù)。目前，聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法、催化氧化法、四氧化三鐵礦酸溶氧化法等。催化氧化法是硫酸亞鐵在亞硝酸鈉或者二氧化錳等催化劑的作用下，在合適的溫度下，催化氧化制備成聚合鐵，這一方法是目前制備聚合鐵的常用方法。這些制備方法普遍存在生產(chǎn)條件苛刻、反應(yīng)時(shí)間長、反應(yīng)溫度高、成本高、使用的亞硝酸鹽催化劑屬致癌物質(zhì)等不足。本發(fā)明公開了嗜酸氧化亞鐵鐵硫桿菌和氧化亞鐵鉤端螺旋菌混合菌種作為生物催化劑，催化氧化硫酸亞鐵制備無機(jī)高分子水處理材料一生化聚合硫酸鐵。中華人民共和國專利CN101503710公布了一種利用單一菌種催化合成聚合硫酸鐵的方法。但是，該方法僅使用了單一菌種，在合成過程中由于反應(yīng)條件的改變，細(xì)菌活性會(huì)受到較大影響，從而影響Fe2+氧化速率保持穩(wěn)定。存在反應(yīng)后期氧化速率變慢的現(xiàn)象。本發(fā)明利用混合菌種催化氧化技術(shù)制備生化聚合硫酸鐵，不僅制備條件溫和，對環(huán)境友好，投資少，生產(chǎn)成本低廉，設(shè)備簡單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，而且在合成的全過程都存在由不同的細(xì)菌組成優(yōu)勢種群，使Fe2+的氧化保持較高的速率。成功克服了在反應(yīng)后期Fe2+氧化速率變慢的弊端。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種利用混合菌種在適當(dāng)條件下催化氧化鈦白粉副產(chǎn)物制備生化聚合硫酸鐵的新工藝。本發(fā)明克服了目前工業(yè)化學(xué)合成聚合硫酸需要高溫、高壓、強(qiáng)氧化劑、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有毒有害氣體等缺陷。本發(fā)明在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)、且制備條件溫和，可進(jìn)行清潔生產(chǎn)。成本較目前工業(yè)化學(xué)合成方法大大降低。產(chǎn)品本身對環(huán)境友好，可廣泛用于工業(yè)用水、生活用水及污水處理中。利用混合菌種代替了單一菌種，在開始反應(yīng)階段，氧化亞鐵硫桿菌活性較強(qiáng)，可以進(jìn)行較快生長。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)體系中Fe3+濃度越來越高，氧化還原電位也逐漸升高，氧化亞鐵硫桿菌生長受阻。而另外一種細(xì)菌氧化亞鐵鉤端螺旋菌可以在此環(huán)境中較好生長。因此，在合成的不同階段，都存在能良好生長的細(xì)菌菌群，從而可以保持較高的亞鐵離子氧化速率。
圖1是粉末狀固態(tài)產(chǎn)品圖。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):按比例加入所需量的FeSO4料液及微生物所需營養(yǎng)；在運(yùn)行期，通過鼓氣、恒溫控制，使微生物進(jìn)行生長代謝，催化硫酸亞鐵氧化，再經(jīng)水解、聚合反應(yīng)生成聚合鐵。排出一定量聚合鐵溶液作為產(chǎn)品，反應(yīng)器中存留一定量溶液作為下次反應(yīng)的接種液。
具體實(shí)施方式
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下面的實(shí)例用于 闡述本發(fā)明，并不用于解釋限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施實(shí)例I
稱取分析純七水合硫酸亞鐵200g與2L燒杯中，加入500mL混合菌種母液，再加入5OOmL純水,用硫酸調(diào)節(jié)pH2.5,調(diào)節(jié)在曝氣量5L/min,溫度30°C。開始反應(yīng)至亞鐵離子濃度小于0.5g/L時(shí)停止反應(yīng)。排出50%液體作為產(chǎn)品，剩下50%作為下次反應(yīng)接種母液。將液態(tài)的生物聚合硫酸鐵絮凝劑通過冷凍干燥得到粉末狀的固態(tài)產(chǎn)品(如圖1所示)。產(chǎn)品性質(zhì)如下:
權(quán)利要求
1.一種利用混合菌種高效催化氧化鈦白粉副產(chǎn)物制備聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，其特征在于:以鈦白粉副產(chǎn)物硫酸亞鐵、硫酸為主要反應(yīng)物，以純水為反應(yīng)介質(zhì)，使用嗜酸氧化亞鐵鐵硫桿菌ferrooxidans, A./krroiarii/a/ ^.)和氧化亞鐵鉤端螺旋菌iLep tospiri Ilum ferrooxi dans, L.ferrooxi dans )混合菌種為生物催化劑，在適當(dāng)條件下，高效催化氧化硫酸亞鐵后水解聚合合成聚合硫酸鐵絮凝劑。
2.權(quán)利要求1中所述的反應(yīng)物，其特征在于:純度為工業(yè)級(jí)的鈦白粉副產(chǎn)物硫酸亞鐵。
3.權(quán)利要求1中所述的反應(yīng)物，其特征在于:加入量約為折合Fe2+40g/L。
4.權(quán)利要求1中所述的反應(yīng)物，其特征在于:硫酸為濃硫酸或者工業(yè)廢硫酸。
5.權(quán)利要求1中所述的菌種，其特征在于:有效菌種包含兩種細(xì)菌的混合菌種:嗜酸氧化亞鐵鐵硫桿菌ferrooxi dans, A.和氧化亞鐵鉤端爆巍舊、Leptospirillum ferrooxi dans, L.ferrooxidans) 0
6.權(quán)利要求1中所述的適當(dāng)條件，其特征在于:PH2.5、初始的亞鐵離子含量40g/L、接種微生物比例50%、反應(yīng)溫度30°C、 壓力為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用混合菌種高效催化氧化鈦白粉副產(chǎn)物制備聚合硫酸鐵絮凝劑的方法。以嗜酸氧化亞鐵鐵硫桿菌(Acidithiobacillusferrooxidans，A.ferrooxidans)和氧化亞鐵鉤端螺旋菌(Leptospirillumferrooxidans,L.ferrooxidans)混合菌種為生物催化劑，以鈦白粉副產(chǎn)物硫酸亞鐵、水、濃硫酸為主要原料，通過生物催化氧化作用制備聚合硫酸鐵絮凝劑。在反應(yīng)的過程中，產(chǎn)品的pH和Fe3+濃度不斷變化，混合菌種可以使不同的反應(yīng)階段都有具有較高Fe2+催化氧化活性的細(xì)菌存在。從而相對于單一菌種，以混合菌種為生物催化劑大大提高了Fe2+的氧化速率。產(chǎn)品為棕紅色液體，經(jīng)冷凍干燥后為黃色粉末，鹽基度18%以上，全鐵含量20%以上。本方法制備條件溫和，對環(huán)境友好,投資少，生產(chǎn)成本低廉，設(shè)備簡單，操作方便，無污染，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C12R1/01GK103088100SQ20111032984
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者劉海寧, 任丹, 關(guān)曉輝, 張凱松 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所