采用生物和化学组合技术合成聚硅硫酸铁混凝剂的研究

论文摘要

针对目前国内外制备聚硅酸硫酸铁PFSS方法的弊端,本论文以工业硫酸亚铁为原料,通过氧化亚铁硫杆菌的氧化作用制备硫酸铁,与聚合硅酸复合得到一种制备聚硅酸硫酸铁的新方法。应用该法制备的混凝剂来处理模拟废水,效果良好,具有比较广阔的应用前景。 通过极端酸性条件自然筛选出氧化亚铁硫杆菌,研究了pH、温度、接种量等对原始菌种的迟缓期的影响,结果表明pH2.0、温度30℃、接种量的增加可以缩短迟缓期。通过自然定向培育得到能耐受低至pH1.7的菌种,通过紫外诱变,Fe2+完全氧化提前了约12h,平均氧化速率由0.188g/L·h提高到了0.206g/L·h,菌种的氧化活性明显增强。 对驯化过的菌种进行生长动力学研究,在Monod方程的基础上,考虑底物抑制和产物抑制建立生长动力学模型μ=0.14×[Fe2+]/0.94+[Fe2+]+2.97×[Fe3+],该方程的预测值和实验值吻合良好。 以工业硫酸亚铁为基本原料,在分批悬浮培养中,经过4次反复培养,氧化速率达到稳定,优化的最佳实验条件为H2SO4/FeSO4·7H2O（摩尔比）为1:8,通气量为60L/h,加大母液/料液的比可以缩短反应的迟缓期,在反应中初始Fe2+浓度的升高会延长迟缓期,降低平均氧化速度。 通过固定化技术增加细胞浓度,增加生物氧化的反应速率。本实验中采用丙纶纤维作为固定化的载体,通过吸附法来固定化细胞,研究了pH值对固定化过程的影响,结果表明pH为1.8时对固定化过程较为有利。当氧化速率达到稳定时,固定化细胞平均氧化速率为0.42gFe2+/L·h,明显高于悬浮细胞平均氧化速率为0.2gFe2+/L·h,在室温下,当曝气量增大到100L/h时为最佳。在反应过程中,pH值呈先升后降的趋势,初始pH为1.8最大可以升到2.5,之后开始下降到1.8,在反应过程中损失的总铁离子很少,有利于反应器的长期操作。过高的初始Fe2+浓度,不仅降低平均氧化速度,载体上也容易形成沉淀。 最后研究了聚合硅酸硫酸铁的制备以及应用效果,结果表明当Fe3+/SiO2为1:1时,除浊效果最佳。PFSS具有较宽的pH使用范围,pH值在5～9的范围内具有良好的混凝效果,絮体形成速度快、结实、沉降性能好。相对于生物硫酸铁BFS,聚合硅酸硫酸铁PFSS的混凝能力要强的多,在投加量为10mg/L(以Fe3+计)

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混凝剂在水处理中的应用现状
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 聚合硅酸硫酸铁的制备方法的研究
• 1.2.2 聚合硫酸铁的制备方法研究
• 1.2.3 氧化亚铁硫杆菌的研究进展
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 主要研究内容和基本思路
• 1.5 创新之处
• 第二章 实验研究方法
• 2.1 实验材料及仪器
• 2.1.1 菌种筛选
• 2.1.2 细菌培养基
• 2.1.3 主要实验药品
• 2.1.4 仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌种分离纯化方法
• 2.2.2 氧化亚铁硫杆菌的鉴定
• 2.2.3 细菌细胞数量的测定
• 2.2.4 铁浓度的测定
• 2.2.5 高效氧化亚铁硫杆菌的选育
• 2.2.6 人工浊液的配制
• 第三章 菌种的分离以及高效菌种的选育
• 3.1 菌种富集和分离
• 3.1.1 菌种富集与筛选
• 3.1.2 菌种的鉴定
• 3.2 T.f的特性研究
• 2+的氧化'>3.2.1 T.f菌生长曲线以及Fe²⁺的氧化
• 3.2.2 pH对T.f亚铁氧化的影响
• 3.2.3 温度对T.f亚铁氧化的影响
• 3.2.4 接种量对T.f亚铁氧化的影响
• 3.3 耐受低pH菌种的自然选育
• 3.4 紫外诱变
• 3.5 结果和讨论
• 3.5.1 菌体形态观察结果以及革兰氏染色结果
• 2+的氧化'>3.5.2 T.f生长曲线的绘制以及Fe²⁺的氧化
• 2+的影响'>3.5.3 初始pH对氧化Fe²⁺的影响
• 2+的影响'>3.5.4 温度对细菌氧化Fe²⁺的影响
• 2+的影响'>3.5.5 接种量对细菌氧化Fe²⁺的影响
• 3.5.6 耐受较低pH的定向培育
• 3.5.7 紫外诱变效果
• 3.5.8 诱变前后菌种氧化活性的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 T.f菌生长动力学研究
• 4.1 菌种
• 4.2 方法
• 4.2.1 原理
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 T.f菌悬浮培养制备硫酸铁的研究
• 5.1 菌种
• 5.2 实验装置
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 生产工艺流程
• 5.3.2 微生物的适应性
• 5.3.3 原液／料液的最佳比例
• 5.3.4 最佳酸度的确定
• 5.3.5 通气量对反应的影响
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 T.f菌的适应性
• 5.4.2 最佳母液／料液比例
• 5.4.3 最佳pH确定
• 5.4.4 通气量对制备聚合硫酸铁的影响
• 5.4.5 总铁量不同的聚合硫酸铁的制备
• 5.5 小结
• 第六章 T.f菌的固定化培养制备聚合硫酸铁的研究
• 6.1 材料
• 6.1.1 菌种
• 6.1.2 培养基
• 6.1.3 固定化反应器以及材料
• 6.2 细菌的固定化
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 pH值对固定化的影响
• 6.3.2 通气量对氧化速率的影响
• 2+氧化的比较'>6.3.3 悬浮培养与固定化培养Fe²⁺氧化的比较
• 6.3.4 总铁量不同的聚合硫酸铁的制备
• 6.3.5 培养过程中溶液pH的变化和总铁的变化
• 6.4 小结
• 第七章 聚合硅酸硫酸铁的制备以及应用效果
• 7.1 聚合硅酸硫酸铁的制备
• 7.2 聚合硅酸硫酸铁的除浊效果
• 7.3 不同混凝剂的除浊效果比较
• 7.4 结果与讨论
• 3+／SiO₂摩尔比对除浊效果的影响'>7.4.1 Fe³⁺／SiO₂摩尔比对除浊效果的影响
• 7.4.2 PFSS用量对除浊效果的影响
• 7.4.3 pH值对混凝效果的影响
• 7.4.4 PFSS除浊对比实验
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 独创性声明
• 致谢