1.一种利用固定化微生物制备聚合硫酸铁的方法,它包括:采用中国普通微生物菌种保藏管理中心,菌株编号为CGMCC NO :10725的氧化亚铁硫杆菌,所述的氧化亚铁硫杆菌属于化能自养、嗜酸、好氧型微生物,利用CO2为碳源,并吸收氮、磷等无机营养来完成细胞合成以及自身的新陈代谢,在此过程中Fe2+作为其新陈代谢的能源物质被催化氧化,经过氧化、水解、聚合反应得到聚合硫酸铁,其特征是,具体包括以下步骤:
1)反应料液的制备
(1)根据所需制备的聚合硫酸铁的全铁含量A,按公式:X=A×V×278/56计算需要投加的工业FeSO4·7H2O的质量X,在常温下,加入到盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95的VL水的容器中,并按氯化钾1-2g/m3、硫酸铵40-80g/m3、磷酸氢二钾20-40g/m3、硫酸镁20-
40g/m3、硝酸钙1.5-3g/m3加入营养物质,得到的溶液即为反应料液 用于配制全铁含量为40~50kg/m3的反应料液,所述的全铁含量A是指每立方米体积中含有二价铁和三价铁的量,V为体积;
(2)根据所需制备的聚合硫酸铁的全铁含量A,按公式:X=A×V×278/56计算需要投加的工业FeSO4·7H2O的质量X,在常温下,先加入质量为1/3X的工业FeSO4·7H2O于盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95的VL水的溶解曝气池中,并按氯化钾1-2g/m3、硫酸铵40-
80g/m3、磷酸氢二钾20-40g/m3、硫酸镁20-40g/m3、硝酸钙1.5-3g/m3加入营养物质,引入微生物,采用曝气不循环操作方式运行,待微生物催化氧化反应使[Fe2+]<3.0kg/m3时,再加入质量为2/3X的工业FeSO4·7H2O,并用浓硫酸再次将pH调节到1.80-1.95,得到的溶液即为反应料液Ⅱ用于配制全铁含量为50~65kg/m3的反应料液;
(3)根据所需制备的聚合硫酸铁的全铁含量A,按公式:X=A×V×278/56计算需要投加的工业FeSO4·7H2O的质量X,在常温下,先加入质量为1/2X的工业FeSO4·7H2O于盛有用工业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95的VL水的溶解曝气池中,并按氯化钾1-2g/m3、硫酸铵40-
80g/m3、磷酸氢二钾20-40g/m3、硫酸镁20-40g/m3、硝酸钙1.5-3g/m3加入营养物质,引入微生物,采用曝气不循环操作方式运行,待微生物催化氧化反应使[Fe2+]<3.0kg/m3时,再加入质量为1/2X的工业FeSO4·7H2O,并用浓硫酸再次将pH调节到1.80-1.95,得到的溶液即为反应料液Ⅲ用于配制全铁含量为65~80kg/m3的反应料液;
2)聚合硫酸铁原液的制备
取步骤1)中任一浓度的反应料液,引入微生物,通入生物反应器内循环流动,在室温
25-28℃下通入空气进行曝气,其曝气量为1.08-2.50L/L·min,循环流量为0.28-0.32L/h,此时溶液中的硫酸亚铁在微生物的催化作用下发生氧化、水解、聚合反应得到聚合硫酸铁,[Fe2+]≤1.0kg/m3时为反应终点,得到全铁含量为40~80kg/m3液态聚合硫酸铁的原液;
3)全铁含量为40~80kg/m3的聚合硫酸铁的制备
取nL步骤1)中与步骤2)同浓度的反应料液,与mL全铁浓度一致的步骤2)的聚合硫酸铁原液混合得到反应液,配比P=m:n,其中反应器总容积为V0L,V0=n+m,将上述反应液用工业浓硫酸调节pH值为1.80-1.95,通入生物反应器内循环流动,在室温25-28℃下通入空气进行曝气,其曝气量为1.08-2.05L/L·min,循环流量为0.28-0.32L/h,当反应进行到[Fe2+]≤
1.0kg/m3时为一个完整的反应周期,重复此操作步骤,此过程称为微生物在载体上的固定化过程,亦称挂膜过程,直至相邻两个反应周期所需时间基本相同,完成挂膜过程;
在此基础上重复上述操作过程,在反应周期处于稳定状态下,制备全铁含量为40~
80kg/m3的聚合硫酸铁溶液;载体上固定化的微生物数量达108个/mL量级,载体上固定化的生物量按每毫升溶液中所含微生物的数量计,将每个周期剩余的[Fe2+]≤1.0kg/m3的溶液收集到溶解曝气池中曝气反应,待[Fe2+]≤0.3kg/m3即为所得聚合硫酸铁成品,此成品可用于各种水的混凝处理。
2.根据权利要求1的一种利用固定化微生物制备聚合硫酸铁的方法,其特征是,所述步骤3)中制备完成后得到全铁含量为40~80kg/m3的聚合硫酸铁产品,外观为褐色粘稠液体,其工艺参数、产品主要技术指标为:当P=1:1时,Fe2+的平均氧化速率为1.91-3.35g/L·h,8
稳定的反应周期为6.0h-10.5h,pH值为1.80-1.95,载体上固定化的微生物数量为10个/mL量级;当P=2:1时,Fe2+的平均氧化速率为1.55-2.83g/L·h,反应周期稳定在4.7h-8.4h,载体上固定化的微生物数量为108个/mL量级;当P=1:2时,Fe2+的平均氧化速率为1.60-3.0g/L·h,反应周期稳定在9.0h-16.9h,载体上固定化的微生物数量为108个/mL量级;当P=0:4
2+
时,Fe 的平均氧化速率为1.62-3.25g/L·h,反应周期稳定在12.6h-24.8h,载体上固定化的微生物数量为108个/mL量级。