一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法。本方法針對(duì)酸洗廢水中的重金屬離子(Cr3+、Ni2+)，以酸洗廢水中的Fe2+為能源，用生物法合成黃鉀鐵礬，同時(shí)去除酸洗廢水中的重金屬離子，過濾后得到黃鉀鐵礬和無(wú)重金屬離子的酸洗廢水。具體步驟如下：以嗜酸性硫桿菌A.ferrivorans為實(shí)驗(yàn)細(xì)菌，以酸洗廢水為溶液配制9K培養(yǎng)基。在250ml錐形瓶中加入150ml的培養(yǎng)基，添加能源物質(zhì)Fe2+，投加1ml的A.ferrivorans菌液，控制初始pH在1.5～3.5，初始Fe2+濃度在0.5～10g/L，溫度在15～35℃。在180r/min恒溫振蕩箱中經(jīng)8～10天的反應(yīng)時(shí)間，最高可合成黃鉀鐵礬3.17g，重金屬離子Cr3+和Ni2+的去除率最高可達(dá)到87.02％和55.30％。
【專利說(shuō)明】一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種酸洗廢水的處理方法，具體涉及一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸 洗廢水的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，不可避免地要經(jīng)過退火、正火、淬火、焊接等加工 過程，表面時(shí)常會(huì)產(chǎn)生黑色的氧化皮。氧化皮不僅影響鋼材的外觀質(zhì)量，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的后續(xù) 加工產(chǎn)生不利影響，故在后續(xù)加工前必須采用酸洗、拋光等表面處理發(fā)放將其出去。酸洗工 藝主要是用鹽酸或硫酸、氫氟酸和硝酸等混酸對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行清洗。但是酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生大 量的酸洗廢水。
[0003] 酸洗廢水中含有大量的Fe2+和Fe3+，同時(shí)含有大量的重金屬離子，特別是Cr 3+、Ni2+ 含量最高，對(duì)人體危害巨大。我國(guó)現(xiàn)階段酸洗廢水的處理基本上是使用最簡(jiǎn)單的沉淀法，盡 管操作簡(jiǎn)單，但廢水中大量的鐵離子得不到回收利用，浪費(fèi)了大量的有用資源。目前處理酸 洗廢水的方法有：
[0004] 中國(guó)專利I (CN 201010613021. 2)公開了一種鋼鐵工業(yè)酸洗廢水和金屬離子的處 理方法，該方法采用投加石灰中和沉淀去除重金屬離子，并用膜分離器進(jìn)行固液分離。
[0005] 中國(guó)專利2 (CN 201210491599.4)公開了一種工業(yè)酸洗廢水的處理方法，該方法 采用酸洗廢水合成水滑石，去除廢水中的重金屬離子。
[0006] 上述酸洗廢水的處理方法存在以下缺陷：
[0007] (1)所述方法需要投加大量的石灰和堿液等藥劑，同時(shí)生成大量的沉淀。沉淀稱為 酸洗污泥，還有大量的重金屬離子，屬于危險(xiǎn)廢物（HW17)，造成二次污染，如專利1。
[0008] (2)所述方法需要投加適量的三價(jià)或二價(jià)金屬離子來(lái)調(diào)節(jié)離子的比例，增加成本， 資源浪費(fèi)，如專利2。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)酸洗廢水中的重金屬離子（Cr3+、Ni2+)，采用嗜酸性硫桿菌 A. ferrivoran利用酸洗廢水中的Fe2+為能源生物法合成黃鉀鐵研^，同時(shí)去除其中的重金屬 離子，提供一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法。
[0010] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方 法，包括如下步驟：
[0011] (1)分離純化A. ferrivorans :從污水處理廠取二沉池污泥，分離純化后得到純培 養(yǎng)的 A. ferrivorans ;
[0012] (2)酸洗廢水預(yù)處理：將酸洗廢水過濾后滅菌備用；
[0013] (3)黃鉀鐵礬的合成以及重金屬的去除：以滅菌后的酸洗廢水為溶液配制9K培養(yǎng) 基，投加純培養(yǎng)的A. ferrivorans菌液,加酸調(diào)節(jié)初始pH,加亞鐵離子鹽調(diào)節(jié)初始Fe2+濃度， 搖床反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，生成黃鉀鐵礬沉淀，同時(shí)去除酸洗廢水中的重金屬離子。
[0014] 所述步驟⑴中分離純化是指配制9K培養(yǎng)基并加入FeSO4 · 7H20,將污泥進(jìn)行三 到四次的傳代培養(yǎng)，采用雙層平板法涂布，純化得到純培養(yǎng)的A. ferrivorans菌液。
[0015] 所述步驟（2)中的酸洗廢水用0. 22 μ m濾膜過濾滅菌。
[0016] 所述步驟（3)中的初始pH控制在L 5?3. 5,投加初始Fe2+的濃度控制在0· 5? l〇g/L，亞鐵離子鹽采用FeSO4 · 7H20,反應(yīng)過程溫度控制在15?35°C，搖床轉(zhuǎn)速在180r/ min，反應(yīng)時(shí)間為8?10天。
[0017] 原理說(shuō)明：
[0018] 嗜酸性硫桿菌A. ferrivorans在生長(zhǎng)的過程中，溶液中Fe2+不斷被氧化為Fe3+,而 Fe3+易水解，發(fā)生一系列的水解反應(yīng)，形成多種多核羥基絡(luò)離子，這些多核羥基絡(luò)離子以溶 液中的菌體作為成核點(diǎn)聚集生長(zhǎng)，最終形成黃鉀鐵礬類沉淀。
[0019] 黃鉀鐵礬[KFe3(SO4)2(OH) 6]是性能優(yōu)異、稀有昂貴的赭黃色無(wú)機(jī)顏料，生物法合 成黃鉀鐵礬無(wú)需高溫高壓、時(shí)間短，且由于微生物胞外聚合物的作用，比化學(xué)方法合成的具 有更好的均一性和更加完美的晶型，因此在材料應(yīng)用方面有更高的潛力。同時(shí)由于新生的 黃鉀鐵礬具有比表面積大的特點(diǎn)，能強(qiáng)烈吸附溶液中某些共存離子，從而起到去除溶液中 某些雜質(zhì)或富集某些有價(jià)金屬的作用。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：
[0021] (1)操作簡(jiǎn)單，菌生存能力適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行過程無(wú)需特殊控制。
[0022] (2)嗜酸性硫桿菌A. ferrivorans直接利用酸洗廢水中的Fe2+為能源，無(wú)需投加 大量的藥劑。
[0023] (3)反應(yīng)不會(huì)生成酸洗污泥這一危險(xiǎn)廢物，不會(huì)造成二次污染。
[0024] (4)生物法合成的黃鉀鐵礬較化學(xué)法合成具有更好的均一性和更加完美的晶型， 因此在材料應(yīng)用方面有更高的潛力。
[0025] (5)本發(fā)明經(jīng)過8?10天的生物反應(yīng)時(shí)間，最高可合成黃鉀鐵礬3. 17g，重金屬離 子（Cr3+，Ni2+)的去除率最高分別達(dá)到87. 02 %和55. 30%。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是初始pH對(duì)菌株活性的影響曲線圖。
[0027] 圖2是初始pH對(duì)黃鉀鐵礬生成量的影響曲線圖。
[0028] 圖3是初始Fe2+濃度對(duì)菌株活性的影響曲線圖。
[0029] 圖4是初始Fe2+濃度對(duì)黃鉀鐵礬生成量的影響曲線圖。
[0030] 圖5是溫度對(duì)菌株活性的影響曲線圖。
[0031] 圖6是溫度對(duì)黃鉀鐵礬生成量的影響曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] -種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法，采用嗜酸性硫桿菌 A. ferrivorans利用酸洗廢水中的Fe2+為能源生物法合成黃鉀鐵礬，同時(shí)去除其中的重金 屬離子，具體步驟如下：
[0033] (1)分離純化A. ferrivorans :從污水處理廠（南京城東污水處理廠）取二沉池污 泥，分離純化后得到純培養(yǎng)的A. ferrivorans ;
[0034] (2)酸洗廢水預(yù)處理：將酸洗廢水（江蘇省某鋼鐵廠去除鋼鐵表面氧化物過程中 產(chǎn)生的廢水）用0. 22 μ m濾膜過濾滅菌后備用；
[0035] (3)黃鉀鐵礬的合成以及重金屬的去除：以滅菌后的酸洗廢水為溶液配制9K培養(yǎng) 基，投加純培養(yǎng)的A. ferrivorans菌液，加酸調(diào)節(jié)初始pH,加 FeSO4 · 7H20調(diào)節(jié)初始Fe2+濃 度，搖床反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，生成黃鉀鐵礬沉淀，同時(shí)去除酸洗廢水中的重金屬離子（Cr 3+， Ni2+)。
[0036] 本發(fā)明首先是通過以下方法分離純化污泥中的A. ferrivorans。選用液體 9K培養(yǎng)基對(duì)菌液進(jìn)行富集篩選。在250ml錐形瓶中加入IOOml滅菌后的9K鹽溶液和 4. 46gFeS04 · 7H20,用50%的H2SO4調(diào)節(jié)pH2. 0左右，于30°C，180r/m搖床中恒溫震蕩培養(yǎng)， 經(jīng)過三到四次傳代培養(yǎng)，使得A. ferrivorans成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌群。將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的新鮮 菌液涂布于9K固體培養(yǎng)基，在30°C培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)至長(zhǎng)出單菌落。挑單個(gè)菌斑至20ml 液體亞鐵培養(yǎng)基中，30°C搖瓶培養(yǎng)，待菌液變成紅棕色后，再傳種至回復(fù)活性，再用固體9K 分離一次，鏡檢菌體形態(tài)一致，即認(rèn)為得到純培養(yǎng)的菌株。
[0037] 用ICP-AES測(cè)定酸洗廢水中的重金屬含量，結(jié)果見表一。
[0038] 表一
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 分離純化A.ferriV〇ranS :從污水處理廠取二沉池污泥，分離純化后得到純培養(yǎng)的 A.ferrivorans ； (2) 酸洗廢水預(yù)處理：將酸洗廢水過濾后滅菌備用； (3) 黃鉀鐵礬的合成以及重金屬的去除：以滅菌后的酸洗廢水為溶液配制9K培養(yǎng)基， 投加純培養(yǎng)的A. ferrivorans菌液,加酸調(diào)節(jié)初始pH至1. 5?3. 5,加亞鐵離子鹽調(diào)節(jié)初始 Fe2+濃度，搖床反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，生成黃鉀鐵礬沉淀，同時(shí)去除酸洗廢水中的重金屬離子。
2. 如權(quán)利要求1所述的生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法，其特征在于，步驟 (1) 中所述的分離純化是指配制9K培養(yǎng)基并加入FeS04 *7H20,將污泥進(jìn)行三到四次的傳代 培養(yǎng)，采用雙層平板法涂布，純化得到純培養(yǎng)的A. ferrivorans菌液。
3. 如權(quán)利要求1所述的生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法，其特征在于，步驟 (2) 中所述的酸洗廢水用0. 22 y m濾膜過濾滅菌，所述的酸洗廢水是指去除鋼鐵表面氧化 物過程中產(chǎn)生的廢水。
4. 如權(quán)利要求1所述的生物法合成黃鉀鐵礬處理酸洗廢水的方法，其特征在于，步驟 (3) 中調(diào)節(jié)初始Fe2+濃度控制在0. 5?10g/L，亞鐵離子鹽采用FeS04 ? 7H20,反應(yīng)過程溫度 控制在15?35°C，搖床轉(zhuǎn)速在180r/min，反應(yīng)時(shí)間為8?10天。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK104445827SQ201410766052
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】孫秀云, 李立松, 王連軍, 褚禛, 李健生, 沈錦優(yōu), 劉曉東, 韓衛(wèi)清, 孫曉蕾, 李橋 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)