基于生物催化氧化技术的生物聚合硫酸铁制备及性能研究综述.pdf

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1、第33卷第4期东北电力大学学报V01．33．No．42013年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2013文章编号：1005—2992(2013)04—0015—04基于生物催化氧化技术的生物聚合硫酸铁制备及性能研究综述关晓辉，王立刚，鲁敏，徐小惠(东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)摘要：基于生物催化氧化技术，以微生物为绿色催化剂制备的液体生物聚合硫酸铁(bio—polymericferricsulfate，BPFS)具有良好的除浊、除COD等性能，且生产条件温和、生产成本低、无污染，成品B

2、PFS中含有的微生物分泌物还可以起到一定的助絮作用，广泛用于饮用水、给水、生活污水和工业废水的处理中，且综述了课题组多年来在BPFS的制备及性能研究领域的主要成果及今后的研究方向。关键词：生物催化氧化；生物聚合硫酸铁；制备；性能中图分类号：X703文献标识码：A聚合硫酸铁(PolymericFerricSulfate，PFS)也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁，分子式一般可表示为[Fe：(OH)(s0)，一]，它在水溶液中存在着多种配位离子，它们以OH一作为架桥形成多核配离子，从而变成较大的无机高分子化合物。与其他各种絮凝剂相比，聚合硫酸铁具有生产成本低、净

3、化过程投加量少、适用pH范围广、杂质(浊度、COD、悬浮物等)去除率高、残留物浓度低、矾花沉降速度快、脱色效果好等特点，在水处理领域中的应用Et益广泛。目前生产PFS的方法很多，如强氧化剂直接氧化法、催化氧化法、铁矿石酸溶法等，但这些制备方法生产条件苛刻，反应时间长，成本较高，残留氧化剂对其加药系统腐蚀严重，经常使用的催化剂有致癌作用(比如亚硝酸盐)⋯。为解决这些不足，针对已存在的问题，本课题组从新催化剂的寻找和生产工艺的优化这两点出发，用生物催化氧化技术代替普通催化剂催化氧化技术，利用微生物的催化氧化作用制备出液体生物聚合硫酸铁(Bio—Polym

4、ericFerricSulfate，BPFS)。BPFS不但拥有PFS的众多优点(如：良好的除浊、除COD性能)，除此之外，它的生产条件温和，生产成本低，无污染，成品BPFS中含有的微生物分泌物还可以起到一定的助絮作用。多年来，本课题组一直致力于BPFS的制备及改性研究工作中，并取得了相应的成果。因此，本文主要针对课题组在BPFS制备方面的研究工作进行简要介绍。1制备原理和工艺1．1制备原理微生物可以在酸性条件下催化氧化硫酸亚铁，反应过程中发生Fe的水解反应，水解过程中有中间产物生成，即聚合铁，控制溶液的酸度可以使中间产物稳定存在，则可制成生物聚合铁

5、(BPFS)。反应式如下：4Fe2++O2+4H+!Fe3++2HO，2收稿日期：2013—01—14作者简介：关晓辉(1962一)，男，辽宁省铁岭市人，东北电力大学化学工程学院教授，博士，主要研究方向：水处理技术和纳米材料制备16东北电力大学学报第33卷Fe2(so4)3+nH20Fe2(oH)(so4)(3一导)+詈H2s04，a[Fe(OH)(s0)f3_旦)]+A—a[Fe。(OH)(sO)(3_孚)]·nA(A为微生物)．1．2制备工艺在筛选和驯化的基础上，优选．厂q等4种以嗜酸好氧自养菌为主的混合细菌作为生物催化剂，以工业FeSO·7H：

6、O为原料制备BPFS。经过几代的驯化复壮，确定混合菌种所需的最佳营养比例，结果表明制备过程中所加营养比例较小，所用的无机营养总量为3．6mmol／L，相对于其他的PFS的制备方法，在BPFS溶液中引入的离子量大为减少。因此，BPFS的使用，可减轻水的后续除盐处理负荷，提高水处理效率一。1．2．1连续式制备工艺连续式制备工艺流程如图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、卫卫_卫卫-卫卫聚合，在不同的反应器中，反应逐步进行，最终制得成品的BPFS。一级反应器二级反应器三级反应器成品储罐1．2．2序批式制备工艺图1

7、连续式生产工艺流程序批式制备是基于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成时用，分为3个阶段。在进料期按比例加入FeSO溶液、菌种及氮、磷、钾等营养物质，作为料液；在反应期鼓人空气，控制温度在25℃左右，使微生物快速生长代谢；生成的BPFS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。进料期反应期排液期2主要研究内容图2SBR法生产工艺流程2．1BPFS的制备及性能研究2．1．1微生物适应性驯化经对微生物进行适应性驯化培养，获得了在较高全铁含量下具有较高催化氧化活性的菌株，缩短了反应周期。这表明微生物经过驯化

8、后能够适应新的环境，具有较高的催化活性。由驯化后的微生物催化氧化制得的生物聚合铁是外观为红褐色的粘稠液体。采