一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，该成套装置包括生物氧化单元（1）和还原单元（2），生物氧化单元（1）包括氧化区（11）和氧化沉淀区（12）、还原单元（2）包括还原区（21）和还原沉淀区（22）；氧化区（11）利用Fe

A complete set of equipment for preparation of Schwittmanite minerals based on zero-valent iron reduction coupled microorganisms

The invention discloses a complete device for preparing Schwittmanite minerals based on zero-valent iron reduction coupled microorganisms, which comprises a biological oxidation unit (1) and a reduction unit (2), a biological oxidation unit (1) including an oxidation zone (11) and an oxidation-precipitation zone (12), a reduction unit (2) including a reduction zone (21) and a reduction-precipitation zone (22); Using Fe

【技术实现步骤摘要】
一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置
本专利技术涉及环境工程领域，具体地说是一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置。
技术介绍
施威特曼石矿物(简称施氏矿物)硫酸根含量丰富的酸性环境中普遍存在的一种次生羟基硫酸高铁矿物，一般在pH值为2.5～4.5的条件下形成，其比表面积较大，一般为100～200m2/g，并且含有大量羟基、硫酸根等基团，使它对重(类)金属离子有极强的吸附及共沉淀作用，能促使这些有毒元素自然钝化。饮用水除砷的实际应用中，相比于混凝沉淀法易产生大量且需再处理处置的含砷有毒污泥，吸附法因具有处理成本低、易于操作等优点一直被更广泛地应用。有研究表明，生物合成施氏矿物对As(Ⅲ)有很强的吸附能力，吸附速度快，能在60min内达到平衡吸附容量的95％。在碱性条件下(pH值为7-10)，施氏矿物对As(Ⅲ)的吸附能力随pH值升高而增强，室温下饱和吸附容量高达114mg/g，且溶液离子强度和阴离子(如NO3-、Cl-、及一定浓度SO42-等)对除砷效果影响几乎可忽略。并且，此吸附过程吸热，能自发进行，而吸附容量受温度变化的影响较弱。土壤中的砷会被农作物等生物所吸收从而引发扩散型污染，因此降低土壤中砷的生物有效性是农业领域一直以来关于砷污染土壤修复的重要内容。目前，已有研究者采用生物合成施氏矿物作为砷稳定化修复材料，发现在一定的、soil/water(w/v)条件下，施氏矿物对水溶性砷和NaHCO3可提取态砷的稳定效率(土壤中可测得)随着Sch/soil质量投加比的增多而升高，当质量投加比达10％时，对水溶性砷稳定效率可达99.5％，对NaHCO3可提取态砷的稳定效率达90.4％。并且在好氧情况下，施氏矿物转化为其他矿物较为困难。此外若施氏矿物转化为针铁矿，三价铁的减少更有利于固定吸附在矿物表面的砷，从而抑制其向自然环境中的迁移。为加强水污染控制效果，提高水体质量，研究经济有效的水处理方法向来是水处理领域热点，类芬顿高级氧化技术也因此备受广大学者们的推崇。氯酚类化合物作为重要的化工产品和医药中间体，常用于制作杀菌剂、除草剂、防腐剂等农药和医药领域的工业产品。4-氯苯酚是氯酚类化合物的典型代表。有学者已报道生物合成施氏矿物可作为类芬顿催化剂催化降解4-氯苯酚。当反应体系pH值为3，H2O2浓度为500mg/L，施氏矿物投加量为1g/L时，反应30min可完全降解4-氯苯酚100mg/L，反应迅速高效。苯酚是一种常见的高毒性和难降解的化工原料，含酚废水若未经处理、任意排放进入环境，可通过食物链、生物富集等进入细胞体，对生物体造成严重危害，我国也早已将苯酚列入优先控制污染物名单内。生物合成施氏矿物在催化降解苯酚时表现出极高催化活性，且具有较好稳定性与重复利用性，经过数次循环使用，其催化性能几乎未发生明显变化，对苯酚的降解率皆能保持在98％左右。硝基苯作为有机合成中间体及生产苯胺的原料，广泛用于生产染料、香料、炸药等有机合成工业，是世界卫生组织公布的致癌物清单中的一种。研究表明，硝基苯在污染物浓度为50mg/L、pH值为3、施氏矿物为1g/L、H2O2浓度为500mg/L的初始条件下，类芬顿反应30min，硝基苯高达降解率92.56％，催化效果显而易见。另外，利用施氏矿物类芬顿催化降解硝基苯可免受阴离子、小分子酸的干扰，可见施氏矿物是种高效耐盐、耐酸类催化剂。综上所述，将施氏矿物对重金属的吸附与共沉淀功能投入到实际应用中，作为催化材料应用于高级氧化技术，可达到成本低、操作简易、环境破坏性小、重复利用率高等目的，可见施氏矿物的应用前景之广、环境学意义之大。当前已报道的施氏矿物合成方法主要为化学合成法和生物合成法。化学法利用H2O2与FeSO4·7H20化学合成，生物法则用A.ferrooxidans休止细胞与FeSO4·7H20制备合成，两种方法皆在摇瓶中振荡制备。相比于化学合成施氏矿物易结块、比表面积小，生物合成施氏矿物具有较高的比表面积、规则的微孔-介孔结构、颗粒均匀等优势，更有利于吸附重金属。但是，利用摇瓶生物合成过程中最终达到稳定时的铁沉淀率与合成矿物量都较低，分别只能达36.7％、1.07g/L/d，有大量Fe3+未被利用生成矿物，存在总铁沉淀率低、摇瓶批次合成矿量少的缺陷，且生物法中制备休止细胞需经扩培、离心、酸洗、水洗，过程复杂，不便于大体系制备。目前还未有能够连续性大量制备施氏矿物的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置；该成套装置可解决总铁沉淀率低、批次合成矿物量少且花费大量人力物力的问题，实现连续性大量生产的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：该成套装置包括相互连接的生物氧化单元和还原单元，所述的生物氧化单元包括氧化区和氧化沉淀区、且所述的还原单元包括还原区和还原沉淀区；所述氧化区在微生物及供氧条件下，利用Fe2+生产施氏矿物；所述氧化沉淀区能够将生成的施氏矿物与富含Fe3+的液体分离开来，分离出来的施氏矿物流回至氧化区、分离出来的富含Fe3+的液体自流至所述还原区；所述还原区接收来自氧化沉淀区的富含Fe3+的液体以及零价铁ZVI并使得Fe3+与零价铁ZVI充分接触还原成Fe2+；所述还原沉淀区能够将生成的富含Fe2+的液体和未参与反应的零价铁ZVI分离开来，分离出来的未参与反应的零价铁ZVI流回至还原区继续参与还原反应、分离出来的富含Fe2+的液体经带有循环泵的循环管回流至氧化区继续参与生产施氏矿物。所述的生物氧化单元和还原单元为分离式结构，此时生物氧化单元中还设置有位于氧化区底部的锥形集矿区，氧化区中生成的施氏矿物经依自重沉淀至锥形集矿区，锥形集矿区内设置的带有矿物输出泵的矿物输出管能够将生成的施氏矿物输出。所述的生物氧化单元和还原单元为连体式共壁结构，此时生物氧化单元和还原单元均为矩形结构，氧化区底部设置的带有矿物输出泵的矿物输出管能够将氧化区内生成的施氏矿物输出。所述生物氧化单元的池壁四周设有锥形的氧化牛腿且生物氧化单元的上部正中位置设有氧化二相分离器，氧化二相分离器的顶端高出生物氧化单元的上沿口10-20cm且氧化二相分离器的底部为置于氧化牛腿上的喇叭形结构，氧化二相分离器将生物氧化单元分成氧化区和氧化沉淀区，其中氧化二相分离器的内部及其下方的区域为氧化区、氧化二相分离器的外部与生物氧化单元的池壁之间形成的区域为氧化沉淀区。所述的氧化区的上部分别与进水管和酸液输入管相连通且氧化区的上部设有测定溶液pH值的pH值在线监控仪，酸液输入管用以补充酸液使得氧化区内溶液的pH值在2-2.5之间。所述氧化区的底部设置有多根铺设供气管道的支撑梁，供气管道由鼓风机供气且位于支撑梁上的供气管道上安装微孔曝气器，为生物氧化单元内的溶液供氧并保持溶解氧浓度不低于6mg/L，促进微生物将Fe2+氧化成Fe3+并生成施氏矿物。所述生物氧化单元的池壁中下部安装有加热盘管，且在氧化沉淀区上部的液体中插有温度在线监控仪，使得生物氧化单元内的工作温度不低于28℃。所述氧化沉淀区处的生物氧化单元的池壁上设有出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：该成套装置包括相互连接的生物氧化单元（1）和还原单元（2），所述的生物氧化单元（1）包括氧化区（11）和氧化沉淀区（12）、且所述的还原单元（2）包括还原区（21）和还原沉淀区（22）；所述氧化区（11）在微生物及供氧条件下，利用Fe

【技术特征摘要】
1.一种基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：该成套装置包括相互连接的生物氧化单元（1）和还原单元（2），所述的生物氧化单元（1）包括氧化区（11）和氧化沉淀区（12）、且所述的还原单元（2）包括还原区（21）和还原沉淀区（22）；所述氧化区（11）在微生物及供氧条件下，利用Fe2+生产施氏矿物；所述氧化沉淀区（12）能够将生成的施氏矿物与富含Fe3+的液体分离开来，分离出来的施氏矿物流回至氧化区（11）、分离出来的富含Fe3+的液体自流至所述还原区（21）；所述还原区（21）接收来自氧化沉淀区（12）的富含Fe3+的液体以及零价铁ZVI并使得Fe3+与零价铁ZVI充分接触还原成Fe2+；所述还原沉淀区（22）能够将生成的富含Fe2+的液体和未参与反应的零价铁ZVI分离开来，分离出来的未参与反应的零价铁ZVI流回至还原区（21）继续参与还原反应、分离出来的富含Fe2+的液体经带有循环泵（209）的循环管（210）回流至氧化区（11）继续参与生产施氏矿物。2.根据权利要求1所述的基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：所述的生物氧化单元（1）和还原单元（2）为分离式结构，此时生物氧化单元（1）中还设置有位于氧化区（11）底部的锥形集矿区（13），氧化区（11）中生成的施氏矿物经依自重沉淀至锥形集矿区（13），锥形集矿区（13）内设置的带有矿物输出泵（111）的矿物输出管（110）能够将生成的施氏矿物输出。3.根据权利要求1所述的基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：所述的生物氧化单元（1）和还原单元（2）为连体式共壁结构，此时生物氧化单元（1）和还原单元（2）均为矩形结构，氧化区（11）底部设置的带有矿物输出泵（111）的矿物输出管（110）能够将氧化区（11）内生成的施氏矿物输出。4.根据权利要求1所述的基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：所述生物氧化单元（1）的池壁四周设有锥形的氧化牛腿（101）且生物氧化单元（1）的上部正中位置设有氧化二相分离器（103），氧化二相分离器（103）的顶端高出生物氧化单元（1）的上沿口10-20cm且氧化二相分离器（103）的底部为置于氧化牛腿（101）上的喇叭形结构，氧化二相分离器（103）将生物氧化单元（1）分成氧化区（11）和氧化沉淀区（12），其中氧化二相分离器（103）的内部及其下方的区域为氧化区（11）、氧化二相分离器（103）的外部与生物氧化单元（1）的池壁之间形成的区域为氧化沉淀区（12）。5.根据权利要求1-4任一所述的基于零价铁还原耦合微生物的制备施威特曼石矿物的成套装置，其特征在于：所述的氧化区...

【专利技术属性】
技术研发人员：王电站，郑冠宇，周立祥，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32