高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的制備及性能研究

1引言

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(shù)?；炷幚硇Ч暮脡耐鶝Q定著后續(xù)過濾過程的效果，進而影響整個水凈化工藝的出水質(zhì)量和處理費用?；炷^程的關(guān)鍵在于選用合適的混凝劑（絮凝劑）以及適當(dāng)?shù)耐都觿┝?。因此，近年來水處理工作者在研究制備高效、價廉的混凝劑方面做了大量工作。

聚合硫酸鐵（簡稱PFS）是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)量較大、應(yīng)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范圍寬等優(yōu)點。目前生產(chǎn)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(chǎn)條件苛刻，反應(yīng)時間長，溫度高，使用的亞硝酸鹽催化劑可致癌，生產(chǎn)過程會產(chǎn)生對環(huán)境不利的氮氧化物。為此，我們進行了PFS的生物催化氧化制備研究，利用恒化器原理和SBR技術(shù)，研究制取了一種新型高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵（簡稱高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵），并對其性質(zhì)和性能進行了分析和研究。

2高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵制備

2.1方法及原理

在篩選和馴化基礎(chǔ)上，優(yōu)選T.f97等4種以嗜酸好氧自養(yǎng)菌為主的微生物混合菌種，作為生物催化劑。以工業(yè)硫酸鐵為原料，配制一定濃度的FeS04溶液，用H2S04調(diào)節(jié)pH值，加入合適的營養(yǎng)物質(zhì)，引入混合菌種，作為料液。在室溫下鼓入空氣作氧化劑，F(xiàn)eS04在微生物作用下經(jīng)氧化、水解、聚合反應(yīng)即生成高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵。

2.2制備工藝

2.2.1連續(xù)式制備工藝

連續(xù)式制備工藝流程如圖1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(yīng)器中，反應(yīng)逐步進行，較終制得成品的高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵。

2.2.2序批式制備工藝

序批式制備是基于SBR技術(shù)，工藝流程如圖2所示，系統(tǒng)只設(shè)1個單元，在不同時期發(fā)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(yǎng)物質(zhì)，作為料液；在反應(yīng)期鼓入空氣，控制溫度在25℃左右，使微生物快速生長代謝；生成的高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵可在排液期排出，并留存一定量成品溶液作為下次反應(yīng)的母液。
 

2.3制備條件

經(jīng)實驗確定制備工藝的較佳條件：反應(yīng)溫度為25℃左右，此為微生物菌種的適宜生存環(huán)境；初始pH值為1.4-1.7，用H2S04調(diào)節(jié)；H2S04與Fe2+的較佳摩爾比為1:8左右；反應(yīng)時間為16-31h，母液留存越多，反應(yīng)時間越短。

3高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵性質(zhì)

3.1pH值的測定

在制備過程中，嗜酸菌生命過程消耗一定酸，使pH值升高。用pHS-2C型數(shù)字式酸度計及復(fù)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(tǒng)的腐蝕性較弱。

3.2全鐵的測定

用重鉻酸鉀法（SnCl2-HgCl2法），測得全鐵的范圍為38.1-40.5g/L。

3.3鹽基度的測定

參照《化學(xué)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編一水處理藥劑》中提供的方法，測得鹽基度范圍為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

高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵中微生物及其部分代謝產(chǎn)物屬有機物質(zhì)，高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵中COD的測定參照3.3標(biāo)準(zhǔn)中提供的方法（重鉻酸鉀法），測得COD為80.5-120.6mg/L高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的COD值與其良好的混凝性能有密切關(guān)系，有必要將COD作為高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的性質(zhì)指標(biāo)之一。

4微量組分的測定

高效絮凝劑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(yōu)級純NaOH沉淀其中鐵，過濾定容，作為試樣。

K十含量為5.51μg/L（采用267型原子吸收分光光度計，標(biāo)準(zhǔn)加入法），Ca2+含量為66.81μg/L（采用267型原子吸收分光光度計），Mg2+含量為70.20μg/L（采用267型原子吸收分光光度計），Pb含量為3.125mg/L（采用日本島津A-6800型原子吸收分光光度計），As未檢出，N03-含量為0.85mg/L(采用日本島津UV-250紫外一可見光分光光度計)，P043-含量為0.715mg/L(采用流動注射分光光度法)。

通過分析測定得出了高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的基本性質(zhì)及其中各微量組分的含量，參照飲用水標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)。另外，高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的性質(zhì)穩(wěn)定，長期存放（近2年），各項指標(biāo)均未發(fā)生明顯變化。

5　高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵性能研究

通過2年多的實驗研究和某制藥廠的應(yīng)用表明,高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵具有良好的除濁、除有機物性能,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。高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵不是傳統(tǒng)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(jié)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(tài)有機物。

高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵成品中所含的COD物質(zhì),主要是微生物及其代謝產(chǎn)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(zhì)在混凝、澄清過程中,可被礬花有效帶出,而且這些物質(zhì)本身具有絮凝作用。這也正是高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的一個顯著特點。實驗證明,高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵經(jīng)混凝、澄清、過濾后未帶入后續(xù)處理系統(tǒng),出水中也未檢出生產(chǎn)所用的菌種。而且在產(chǎn)品中不含有大量不發(fā)生混凝作用的電解質(zhì),不會造成水中含鹽量增加,可減輕除鹽工藝運行成本。

6　結(jié)　論

高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵的制備工藝具有投資少、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點;條件溫和,可在常溫常壓下進行;無污染,可實現(xiàn)清潔生產(chǎn);生產(chǎn)成本很低。高效絮凝劑生物聚合硫酸鐵產(chǎn)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(chǎn)品的除濁、除有機物性能好,對pH適應(yīng)范圍寬,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。