一种聚合氯化铁的连续生产方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种聚合氯化铁的连续生产方法及其应用。这种聚合氯化铁的连续生产方法如下：1)调节盐酸钢铁酸洗废液的pH值以及铁含量，然后加入稳定剂，过滤，得到处理后的酸洗废液；2)将处理后的酸洗废液、无机盐营养液和嗜酸性微生物加入膜生物反应器，曝气运行；3)经生物氧化处理后的膜生物反应器出水通入微通道反应器，与氧化剂混合反应，至二价铁离子含量低于检出限，出料。本发明专利技术还公开了该聚合氯化铁在处理污水中的应用。本发明专利技术公开了一种生物‑超滤‑化学氧化法低成本连续生产聚合氯化铁的工艺，通过使用膜生物反应器和微通道反应器生产，可以提高反应效率，增强安全系数，减少反应器体积，降低生产成本，制成的产品质量更佳。

A continuous production method and application of poly ferric chloride

【技术实现步骤摘要】
一种聚合氯化铁的连续生产方法及其应用
本专利技术涉及水处理混凝剂
，特别涉及一种聚合氯化铁的连续生产方法及其应用。
技术介绍
混凝是历史悠久的水处理工艺，直到今日仍然得到广泛使用，以较低成本除去水中污染物。目前市场上的主要混凝剂为聚合氯化铝和聚合硫酸铁两种。一般认为，与市场上主流的聚合氯化铝(PAC)相比，铁盐的矾花较为密实，沉降速度较快，且没有水中残余铝盐带来额外的老年痴呆症风险和其他生态毒性。聚合硫酸铁是目前市场上主流的铁系混凝剂。聚合硫酸铁生产工艺很多，目前的主流工艺是亚硝酸钠催化氧气氧化亚铁离子(二价铁离子)，该工艺与直接使用化学氧化剂相比成本较低，但涉及高温耐压容器，而且催化剂亚硝酸钠本身致癌，反应过程产生的氮氧化物也需要尾气处理，此法生产的产品能否用于饮用水处理和食品工业备受质疑。反应涉及气液两相，经常难以进行完全，产品中残留的亚铁离子在污水处理中容易干扰硝化反硝化等生化处理过程，出水中的亚铁容易被空气或消毒剂氧化为三价铁，清澈的出水容易重新变得浑浊且呈黄色，且这一浑浊难以沉降，不容易去除。聚合氯化铁(PFC)在实验研究中表明，其作为混凝剂有许多优点。尽管目前聚合氯化铁的市场程度仍然较低，日后市场规模有望与聚合氯化铝类似。汤鸿霄院士在其专著《无极高分子絮凝理论与絮凝剂》中认为，聚合氯化铁相对于目前主流的聚合硫酸铁有以下优点：氯离子作为阴离子对羟基聚合物的形态影响较小；氯离子比硫酸根离子更适宜于饮用水及食品工业；工业用水可以较少产生硫酸盐水垢，例如锅炉用水，冷却用水等。该专著中还提到，以滦河低浊度原水进行比较实验，在同样剩余浊度下，聚合氯化铁投加量显著低于聚合硫酸铁；对大港油田含油废水进行混凝实验，从剩余浊度和剩余含油量处理效果看，聚合氯化铁优于聚合硫酸铁和聚合氯化铝。由此可见，至少在给水处理和油田废水上，聚合氯化铁在混凝性能上优于聚合硫酸铁，对于部分工业废水也是如此。目前，基于空气/氧气的催化氧化法是制作聚合铁类混凝剂的主流工艺，但是由于催化剂亚硝酸钠致癌，且需增加尾气处理设施，还可能涉及高温或压力容器。长远来看，其存在环保、安全方面的较大风险。完全采用直接氧化产品质量好，但成本较高。所以，生物氧化法结合直接氧化法是比较好的选择。生物法合成聚合氯化铁几乎没有文献报道。技术难度上，硫酸根离子对微生物而言可以算作营养物之一，硫元素是生物体的常量组成元素之一，但氯离子对微生物而言基本上是需要耐受的有害因素。因此，生物法合成聚合硫酸铁比合成聚合氯化铁相对容易。关于生物法合成聚合硫酸铁主要的专利文献有CN101215579A《一种生物聚合硫酸铁的制备方法》以及CN105543283A《一种利用微生物固定化制备聚合硫酸铁的方法》。前者容易导致微生物大量流失，每周期流失50％左右；后者微生物虽然固定于载体，悬浮于液相的微生物浓度与固定下来的微生物在同一数量级，仍有会有大量微生物及生物大分子进入产品，可能降低产品的稳定性，使产品更易沉淀。这两个专利文献均只靠微生物催化氧化亚铁，反应体系中亚铁浓度足够低时，微生物继续氧化亚铁速率较低，降低了总体效率。钢材在加工前在表面上用酸洗去表面氧化物，称为酸洗工艺，产生的强酸性废水对环境有较大危害。传统处理方法一般是酸碱中和形成沉淀后分离，这一工艺消耗大量碱，成本较高且仍然需要处理固体废物。使用酸洗废液生产絮凝剂用于水处理是废弃物资源化的有效途径。酸洗废液生产聚合铁混凝剂，主要有碱法和直接氧化法。碱法一般使用氯气将二价铁氧化成三价铁，之后加碱调节盐基度。此法产品质量较差，且使用较多的碱，成本较高。直接氧化法可使用空气/氧气，双氧水，氯酸钠等氧化剂，二价铁被上述氧化剂氧化为三价铁时消耗等摩尔的氢离子，减少了碱的用量，且一般认为产品质量较好。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种聚合氯化铁的连续生产方法及其应用。本专利技术生产聚合氯化铁的专利技术构思说明如下：本专利技术提供了一种膜生物反应器-微通道反应高效连续生产聚合氯化铁的工艺。含铁含酸原料在充分混合溶解过滤后，进入含有嗜酸性微生物在MBR(MembraneBio-Reactor，膜生物反应器)中，使用嗜强酸的化能自养菌将二价铁氧化为三价铁，只需二氧化碳作为碳源。反应在MBR中进行，使得嗜酸性微生物和生物大分子可以与聚合氯化铁产物有效分离，且MBR中水力停留时间与污泥停留时间分离，嗜酸性微生物可以循环使用。生物氧化完成后的液体使用化学氧化剂完全去除亚铁，采用微通道反应器加强散热以加快反应速度。反应流程由传统的序批式改为连续式，以往投料出料等间歇时间在连续式反应下也可用于生产，加快效率。微通道反应器由于通道尺寸小，对颗粒物较为敏感，容易因此发生堵塞。一般认为污染物直径不应超过几十微米，常规工艺难以将颗粒物去除到这一程度。若采用直接氧化法，药剂成本较高；若采用生物氧化法降低成本，现有技术中，无论悬浮法还是固定法，液相中都有大量微生物或生物大分子，只用生物法出水亚铁含量较高，后加化学氧化剂则可能被出水中微生物或生物大分子影响。因此，膜生物反应器与微通道反应器的结合，既能由生物法低成本的完成大部分氧化过程，膜生物反应器可以有效去除液相中颗粒物，使得后续化学氧化过程可以在微通道反应器中高效完成。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供了一种聚合氯化铁的连续生产方法，包括以下步骤：1)将盐酸钢铁酸洗废液的pH值调节为0.2～2.5，再调节酸洗废液的铁含量为30g/L～180g/L，然后加入稳定剂，过滤，得到处理后的酸洗废液；2)将步骤1)处理后的酸洗废液、无机盐营养液和嗜酸性微生物加入膜生物反应器，曝气运行，通过嗜酸性微生物把酸洗废液中的二价铁离子氧化为三价铁离子；3)将步骤2)经生物氧化处理后的膜生物反应器出水通入微通道反应器，与氧化剂混合反应，直至产物中二价铁离子含量低于检出限，出料得到聚合氯化铁成品。优选的，这种聚合氯化铁的连续生产方法步骤1)中，调节酸洗废液的pH值是通过加入盐酸进行调节；在一些具体的实施方式中，通过加入浓度为37％HCl的浓盐酸进行pH调节。当盐酸钢铁酸洗废液初始的pH为0.2～2.5时，无需加入盐酸进行调节。优选的，这种聚合氯化铁的连续生产方法步骤1)中，调节酸洗废液的铁含量是通过加入铁源进行调节。当酸洗废液初始的铁含量为30g/L～180g/L时，无需加入铁源进行调节。优选的，这种聚合氯化铁的连续生产方法步骤1)中，调节酸洗废液铁含量所用的铁源包括铁粉、铁的氧化物、铁的氯化物、铁的氢氧化物、铁盐或含有铁的废弃物中的至少一种；进一步优选的，铁源包括铁粉、铁屑、FeCl2中的一种或多种。优选的，这种聚合氯化铁的连续生产方法步骤1)中，加入铁源调节酸洗废液的铁含量为40g/L～120g/L。优选的，这种聚合氯化铁的连续生产方法步骤1)中，稳定剂为磷酸盐；进一步优选的，稳定剂选自磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠中的至少一种。优选的，这种聚合氯化铁的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合氯化铁的连续生产方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)将盐酸钢铁酸洗废液的pH值调节为0.2～2.5，再调节酸洗废液的铁含量为30g/L～180g/L，然后加入稳定剂，过滤，得到处理后的酸洗废液；/n2)将步骤1)处理后的酸洗废液、无机盐营养液和嗜酸性微生物加入膜生物反应器，曝气运行，通过嗜酸性微生物把酸洗废液中的二价铁离子氧化为三价铁离子；/n3)将步骤2)经生物氧化处理后的膜生物反应器出水通入微通道反应器，与氧化剂混合反应，直至产物中二价铁离子含量低于检出限，出料得到聚合氯化铁成品。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合氯化铁的连续生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将盐酸钢铁酸洗废液的pH值调节为0.2～2.5，再调节酸洗废液的铁含量为30g/L～180g/L，然后加入稳定剂，过滤，得到处理后的酸洗废液；
2)将步骤1)处理后的酸洗废液、无机盐营养液和嗜酸性微生物加入膜生物反应器，曝气运行，通过嗜酸性微生物把酸洗废液中的二价铁离子氧化为三价铁离子；
3)将步骤2)经生物氧化处理后的膜生物反应器出水通入微通道反应器，与氧化剂混合反应，直至产物中二价铁离子含量低于检出限，出料得到聚合氯化铁成品。


2.根据权利要求1所述一种聚合氯化铁的连续生产方法，其特征在于：步骤1)中，调节酸洗废液的pH值是通过加入盐酸进行调节；调节酸洗废液的铁含量是通过加入铁源进行调节；所述的稳定剂为磷酸盐。


3.根据权利要求1所述一种聚合氯化铁的连续生产方法，其特征在于：步骤2)中，所述无机盐营养液包括9K液体培养基的A液。


4.根据权利要求1所述一种聚合氯化铁的连续生产方法，其特征在于：步骤2)中，所述嗜酸性微生物包括钩端螺旋菌、脂环酸芽孢杆菌、嗜酸性氧化亚铁硫杆菌中的至少一种。


5.根据权利要求1所述一种聚合氯化铁的连续生产方法，其特征在于：步骤2)中，所述膜生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊洋，武斌，张劲松，刘建林，张济，
申请(专利权)人：中信环境技术广州有限公司，中信环境技术天津有限公司，四川中喻环境治理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44