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混凝過(guò)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)。混凝過(guò)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┝俊?/p>

聚合硫酸鐵(簡(jiǎn)稱PFS)是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)量較大、應(yīng)用較廣的一種無(wú)機(jī)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(diǎn)。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(shí)間長(zhǎng)，溫度高，使用的亞硝酸鹽催化劑可致癌，生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不利的氮氧化物。為此，我們進(jìn)行了PFS的生物催化氧化制各研究，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(jiǎn)稱生物聚合硫酸鐵）。并對(duì)其性質(zhì)和性能進(jìn)行了分析和研究。

2生物聚合硫酸鐵的制備

2.1方法及原理

在篩選和馴化基礎(chǔ)上，優(yōu)選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(yíng)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)式制各工藝流程如圖l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(jìn)行，較終制得成品的生物聚合硫酸鐵。

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(gè)單元，在不同時(shí)期發(fā)揮不同作用，分為3個(gè)階段。在進(jìn)料期按比例加入FeS04溶液、菌種及氮、磷、鉀等營(yíng)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(zhǎng)代謝：生成的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(shí)驗(yàn)確定制各工藝的較佳條件：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(shí)間為16-31h，母液留存越多，反應(yīng)時(shí)間越短。

3生物聚合硫酸鐵性質(zhì)

3.1pH值的測(cè)定

在制備過(guò)程中，嗜酸菌生命過(guò)程消耗一定酸，使pH值升高。用pHS-2C型數(shù)字式酸度計(jì)及復(fù)合電很直接測(cè)量pH值，pH=1.95-2.18(15℃)，比一般聚合鐵的pH值高，對(duì)系統(tǒng)的腐蝕性較弱。

3.2全鐵的測(cè)定

用重鉻酸鉀法(SnCl2-HgC12法），測(cè)得全鐵的范圍為38.1-40.5g/L。

3.3鹽基度的測(cè)定

參照《化學(xué)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編-水處理藥劑》中提供的方法，測(cè)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(cè)定

生物聚合硫酸鐵中微生物及其部分代謝產(chǎn)物屬有機(jī)物質(zhì)，生物聚合硫酸鐵中COD的測(cè)定參照3.3標(biāo)準(zhǔn)中提供的方法(重鉻酸鉀法），測(cè)得COD為80.5-120.6mg/L。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作為生物聚合硫酸鐵的性質(zhì)指標(biāo)之一。

4微量組分的測(cè)定

生物聚合硫酸鐵中含有大量的鐵，使其呈紅褐色，影響各項(xiàng)測(cè)試，因此用優(yōu)級(jí)純NaOH沉淀其中鐵，過(guò)濾定容，作為試樣。

K+含量為5.51μg/L(采用267型原子吸收分光光度計(jì)，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(jì)），Mg2+含量為70.20μg/L（采用267型原子吸收分光光度計(jì)），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(jì)），As未檢出，NO3-含量為0.85mg/L（采用日本島津UV-250紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)），PO4^3-含量為0.715mg/L（采用流動(dòng)注射分光光度法）。

通過(guò)分析測(cè)定得出了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，生物聚合硫酸鐵的性質(zhì)穩(wěn)定，長(zhǎng)期存放（近2年)，各項(xiàng)指標(biāo)均未發(fā)生明顯變化。

5生物聚合硫酸鐵性能研究

通過(guò)2年多的實(shí)驗(yàn)研究和某制藥廠的應(yīng)用表明，生物聚合硫酸鐵具有良好的除濁、除有機(jī)物性能，加藥量在30mg/L左右，濁度去除率達(dá)85%以上，COD去除率為65%以上。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(guò)程中，可催化氧化水中有機(jī)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(jī)物。

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(shí)，不但不會(huì)造成出水的COD值增加，相反會(huì)使其大大降低。這些物質(zhì)在混凝、澄清過(guò)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。這也正是生物聚合硫酸鐵的一個(gè)顯著特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明，生物聚合硫酸鐵經(jīng)混凝、澄清、過(guò)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)品中不吉自大量不發(fā)生混凝作用的電解質(zhì)，不會(huì)造成水中含鹽量增加，可減輕除鹽工藝運(yùn)行成本。

6結(jié)論

生物聚合硫酸鐵的制各工藝具有投資少、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)；條件溫和，可在常溫常壓下進(jìn)行；無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；生產(chǎn)成本很低。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(jī)物性能好，對(duì)pH適應(yīng)范圍寬，對(duì)水溫不敏感，對(duì)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(shí)，沉降速度快，可提高出水能力。