一种生物成因施氏矿物高效合成工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种生物成因施氏矿物高效合成装置及合成工艺，该合成装置包括相互连接的硫酸亚铁溶解单元、多级生物氧化单元和静置沉淀单元；硫酸亚铁溶解单元配有搅拌装置，多级生物氧化单元中配有曝气装置和搅拌装置；多级生物氧化单元中的初级氧化单元内置微生物营养剂加入装置，其余级氧化单元配有酸控装置；最后一级的氧化单元和初级氧化单元之间设置回流管路。本发明专利技术研发了集生物氧化、过程酸控、微生物营养供给、沉淀脱水、矿物回流相结合的施氏矿物成装置，通过本发明专利技术装置及工艺，可使得体系总铁沉淀率提高到95％以上，矿物合成量与传统方法相比提高3‑4倍，所得矿物比表面积与传统方法相比增加5‑10倍，矿物对地下水中砷去除提高40‑50％。

【技术实现步骤摘要】
一种生物成因施氏矿物高效合成工艺
本专利技术涉及环境工程领域，具体涉及一种生物成因施氏矿物高效合成工艺。
技术介绍
自然或人为活动造成的环境污染对全球人类生活质量构成严重威胁。就水污染而言，地下水砷污染已经包含中国在内的许多国家的热点环境问题。长期引用含砷地下水会导致地方性砷中毒，严重威胁所涉人群的生命健康。显然，地下水中砷的去除，是中国乃至全球急需解决的一个关键环境问题。吸附法因为简单易行、成本低廉，被认为是一种很有发展前景的地下水砷处理方法。施氏矿物是近年来被发现的可以用于含砷废水处理的一种高效吸附剂。尤其是利用微生物生物氧化硫酸亚铁进而合成生物成因施氏矿物与化学合成施氏矿物相比，进一步降低运行成本及运行的安全性，而逐渐受到研究人员的关注。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。施氏矿物能够被采用化学方法(例如，三价铁硫酸盐直接高温水解，双氧水氧化亚铁硫酸盐等方式)合成。然而化学合成常需要高成本原料(三价铁盐，双氧水等)，并且三价铁水解合成施氏矿物常需要较高的温度(60-80℃)。在一定程度上增加了矿物的合成成本。利用微生物氧化硫酸亚铁盐能够在20-30℃合成施氏矿物，并且所用亚铁盐成本低廉。所以生物方法是具有明显应用前景的施氏矿物生产模式。然而目前生物合成施氏矿物却存在一定瓶颈，限制了其产业化应用：1、生物合成施氏矿物总铁沉淀率低，矿物合成量少；2、生物合成施氏矿物比表面积低，除砷能力不足。因此，有必要寻找一种生物成因施氏矿物高效合成工艺解决上述问题。专利技术内容本专利技术提供了一种生物成因施氏矿物高效合成装置及合成工艺，通过在生物氧化单元设置酸控装置、微生物营养成分供给、矿物回流等关键工艺环节，可使得体系总铁沉淀率提高到95％以上，矿物合成量达到约18g/L。所得矿物比表面积增加约10倍左右，矿物对地下水砷去除提高40-50％，解决了现有技术中总体系总铁沉淀率较低，致使矿物合成量相对较少以及所合成矿物比较面积较低的问题。本专利技术提供了一种生物成因施氏矿物高效合成装置，该合成装置包括相互连接的硫酸亚铁溶解单元、多级生物氧化单元和静置沉淀单元；所述硫酸亚铁溶解单元配有搅拌装置，所述多级生物氧化单元中配有曝气装置和搅拌装置；所述多级生物氧化单元中的初级氧化单元内置微生物营养剂，其余级的氧化单元配有酸控装置，通过酸控装置控制其余级的氧化单元内pH值为2.5-2.9；最后一级的氧化单元和初级氧化单元之间设置回流管路，含有微生物营养剂的液体经回流管路回流至每一级的氧化单元中继续参与施氏矿物的合成。优选的，硫酸亚铁溶解单元配有的搅拌装置的搅拌速率为100-140r/min。优选的，溶液在多级生物氧化单元的每个单元停留的时间为18-24h。优选的，多级生物氧化单元包括四级氧化单元，前两级的氧化单元中配有曝气装置，后两级的氧化单元中配有搅拌装置。优选的，后两级的氧化单元中配有的搅拌装置的搅拌速率为150-180r/min。优选的，所述酸控装置为在其余级的氧化单元中内置碱液加入装置。本专利技术还提供了生物成因施氏矿物高效合成工艺，利用上述生物成因施氏矿物高效合成装置，具体包括以下步骤：(1)将硫酸亚铁作为反应物，在硫酸亚铁溶解单元中将硫酸亚铁溶于水制备硫酸亚铁溶液，通过搅拌装置使得硫酸亚铁充分溶解；(2)溶解后的硫酸亚铁溶液流入到多级生物氧化单元中，通过曝气装置和搅拌装置给多级生物氧化单元供氧，在初级氧化单元中加入微生物及微生物营养剂进行反应，通过酸控装置控制其余级的氧化单元内pH值为2.5-2.9；(3)在初级氧化单元加入微生物营养剂，微生物营养剂通过连接管路流至每一级的氧化单元，进而为微生物提供营养，提高微生物活性，加速施氏矿物的生物合成；(4)通过在最后一级的氧化单元和初级氧化单元之间设置矿物菌液回流管路，最后一级氧化单元中含有矿物的菌液经回流管路回流至第一级氧化单元中继续参与施氏矿物的合成，有利于维持整个体系的微生物浓度，进而有利于施氏矿物的生物合成，含有施氏矿物的悬浮液流入静置沉淀单元中沉淀，经脱水干燥后得到施氏矿物。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术研发了集生物氧化、过程酸控、微生物营养供给、矿物菌液回流、沉淀脱水相结合的高效施氏矿物生物合成装置。通过本专利技术装置及工艺，可使得体系总铁沉淀率提高到95％以上，矿物合成量传统方法相比提高3-4倍。所得矿物比表面积与传统方法相比增加5-10倍，矿物对地下水砷去除提高40-50％。附图说明附图1为本专利技术生物成因施氏矿物高效合成装置的示意图；附图说明：A为硫酸亚铁溶解单元；B为生物氧化单元，其中B1、B2…Bn分别为初级生物氧化单元、次级生物氧化单元…n级生物氧化单元；C为静置沉淀单元；D为曝气装置；E为搅拌装置；F为矿物菌液回流管路。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行，所用的材料若无特殊说明均为市售。实施例1本实施例提供了一种生物成因施氏矿物高效合成装置，该合成装置包括相互连接的硫酸亚铁溶解单元、多级生物氧化单元和静置沉淀单元；硫酸亚铁溶解单元配有搅拌装置，多级生物氧化单元中配有曝气装置和搅拌装置；多级生物氧化单元中的初级氧化单元内置微生物营养剂加入装置，其余级的氧化单元配有酸控装置，通过酸控装置控制其余级的氧化单元内pH值为2.6；最后一级的氧化单元和初级氧化单元之间设置矿物菌液回流管路，最后一级氧化单元中含有矿物的菌液经回流管路回流至第一级氧化单元中继续参与施氏矿物的合成。具体实施时，硫酸亚铁溶解单元配有的搅拌装置的搅拌速率为120r/min。溶液在多级生物氧化单元的每个单元停留的时间为20h。多级生物氧化单元包括四级氧化单元，前两级的氧化单元总配有曝气装置，后两级的氧化单元中配有搅拌装置。后两级的氧化单元中配有的搅拌装置的搅拌速率为160r/min。酸控装置为在除第一级外的其余级的氧化单元中内置碱液加入装置，碱液为氢氧化钠溶液。本实施例生物成因施氏矿物高效合成工艺，利用上述生物成因施氏矿物高效合成装置，具体包括以下步骤：(1)将硫酸亚铁作为反应物，在硫酸亚铁溶解单元中将硫酸亚铁溶于水制备硫酸亚铁溶液，通过搅拌装置使得硫酸亚铁充分溶解；(2)溶解后的硫酸亚铁溶液流入到多级生物氧化单元中，通过曝气装置和搅拌装置给多级生物氧化单元供氧，在初级氧化单元中加入微生物及微生物营养剂进行反应，通过酸控装置控制其余级的氧化单元内pH值为2.6；(3)在初级氧化单元加入微生物营养剂，微生物营养剂通过连接管路流至每一级的氧化单元，进而为微生物提供营养，提高微生物活性，加速施氏矿物的生物合成；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物成因施氏矿物高效合成装置，其特征在于，该合成装置包括相互连接的硫酸亚铁溶解单元、多级生物氧化单元和静置沉淀单元；/n所述硫酸亚铁溶解单元配有搅拌装置，所述多级生物氧化单元中配有曝气装置和搅拌装置；/n所述多级生物氧化单元中的初级氧化单元内置微生物营养剂加入装置，其余级的氧化单元配有酸控装置，通过酸控装置控制其余级的氧化单元内pH值为2.5-2.9；/n最后一级的氧化单元和初级氧化单元之间设置矿物菌液回流管路，最后一级氧化单元中含有矿物的菌液经回流管路回流至第一级氧化单元中继续参与施氏矿物的合成。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物成因施氏矿物高效合成装置，其特征在于，该合成装置包括相互连接的硫酸亚铁溶解单元、多级生物氧化单元和静置沉淀单元；
所述硫酸亚铁溶解单元配有搅拌装置，所述多级生物氧化单元中配有曝气装置和搅拌装置；
所述多级生物氧化单元中的初级氧化单元内置微生物营养剂加入装置，其余级的氧化单元配有酸控装置，通过酸控装置控制其余级的氧化单元内pH值为2.5-2.9；
最后一级的氧化单元和初级氧化单元之间设置矿物菌液回流管路，最后一级氧化单元中含有矿物的菌液经回流管路回流至第一级氧化单元中继续参与施氏矿物的合成。


2.根据权利要求1所述的生物成因施氏矿物高效合成装置，其特征在于，硫酸亚铁溶解单元配有的搅拌装置的搅拌速率为100-140r/min。


3.根据权利要求1所述的生物成因施氏矿物高效合成装置，其特征在于，溶液在多级生物氧化单元的每个单元停留的时间为18-24h。


4.根据权利要求1所述的生物成因施氏矿物高效合成装置，其特征在于，多级生物氧化单元包括四级氧化单元，前两级的氧化单元中配有曝气装置，后两级的氧化单元中配有搅拌装置。


5.根据权利要求1所述的生物成因施氏矿物高效合成装置，其特征在于，后两级的氧化单元中配...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奋武，周佳兴，樊文华，秦俊梅，毕文龙，张健，
申请(专利权)人：山西农业大学，
类型：发明
国别省市：山西;14