微生物催化氧化钛白粉副产物制备聚合硫酸铁絮凝剂的资源化应用研究

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目前我国钛白粉生产以硫酸法工艺为主,全国每年产生钛白粉副产物硫酸亚铁约300万吨。研究钛白副产物硫酸亚铁的资源化利用具有重大的实用价值。本研究以氧化亚铁硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌混合菌种为催化剂,催化氧化钛白粉副产物硫酸亚铁制备生物无机水处理材料----生化聚合硫酸铁。利用微生物催化氧化技术制备生化聚合硫酸铁,制备条件温和,对环境友好。开展这一研究不但可以丰富和深化絮凝剂的制备方法与工艺,促进高效水处理技术的发展,同时也将促进钛白粉副产物的资源化利用。   本研究通过单因素实验,分别讨论了曝气量、初始pH值、初始Fe2+浓度、温度以及母液接种比例对Fe2+氧化速率的影响。通过形态观察和16sRNA测序对生化聚合硫酸铁溶液中的有效菌种进行了鉴定。使用Ferron逐时络合比色法、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪等仪器对制备的生化聚合硫酸铁絮凝剂进行了表征。最后,应用制备的生化聚合硫酸铁絮凝剂分别处理了高岭土模拟浊度废水、模拟含磷废水、厦门集美海域海水、杏林湾水库水,考察了生化聚合硫酸铁絮凝剂对水体中浊度、磷和总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)的去除效果。研究了分别应用生化聚合硫酸铁和市售化学合成的聚合硫酸铁混凝预处理后的杏林水库水对超滤膜的污染状况。得到以下结论:⑴曝气量、初始pH值、初始Fe2+浓度、温度和母液接种比例均对Fe2+的氧化速率有明显的影响.通过单因素实验确定对于1L反应器,生化聚合硫酸铁最佳合成条件为:曝气量1L/min,初始pH1.8,初始Fe2+浓度20g/L,温度25-30℃,母液接种比例50%.在此条件下,Fe2+氧化速率可以达到0.61g/(L·h)。经过检测得到的产品主要指标为:全铁含量40g/L,盐基度16%。通过成本分析认为,用生化聚合硫酸铁成本约为.587.1元/吨,较催化氧化法和直接氧化法分别减少199元/吨、102元/吨。⑵经过形态学观察和16sRNA测序鉴定认为生化聚合硫酸铁中主要有两种细菌:氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)和氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans)。⑶Ferron逐时络合比色法、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪分析显示,制备的生化聚合硫酸铁是由一系列单核羟基络合物到多核羟基络合物组成的具有无定型结构的羟基硫酸铁的混合聚合物。⑷混凝实验表明,制备的生化聚合硫酸铁混凝性能和市售化学合成的聚合硫酸铁混凝性能基本相同。⑸混凝超滤膜污染实验表明,在最佳投加量下,生化聚合硫酸铁预处理水样造成的膜污染程度略大于市售化学合成的聚合硫酸铁.
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