CN109824150B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明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Fe²⁺生产施氏矿物；氧化沉淀区（12）能够将固液分离；还原区（21）接收来自氧化沉淀区（12）的富含Fe³⁺的液体以及零价铁并使得Fe³⁺与零价铁充分接触还原成Fe²⁺；还原沉淀区（22）能够将固液分离，分离出来的富含Fe²⁺的液体经回流至氧化区（11）继续参与生产施氏矿物。本发明的成套装置提高施氏矿物的产量，能够实现连续性大量生产的目的。

Description

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

技术领域

本发明涉及环境工程领域，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。

背景技术

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SO₄ ^2-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。

发明内容

本发明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。

本发明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水堰，分离出来的富含Fe³⁺的液体自生物氧化单元的池壁上沿口自流至出水堰、再经排水管自流至还原单元的还原区内。

所述还原单元的池壁四周设有锥形的还原牛腿且还原单元的上部正中位置设有还原二相分离器，还原二相分离器的底部为置于锥形的还原牛腿上的喇叭形结构，还原二相分离器将还原单元分成还原区和还原沉淀区，其中还原二相分离器的内部及其下方的区域为还原区、还原二相分离器的外部与还原单元的池壁之间形成的区域为还原沉淀区。

所述的还原区内设有由电机、减速器、搅拌轴、叶轮组成的搅拌机，所述的搅拌轴采用还原单元底部设置的固定器固定且所述叶轮上的搅拌叶片具有5°-8°的螺旋升角。

所述还原单元的池壁下部安装有多块斜挡板，斜挡板顺着搅拌机的转动方向倾斜20°-30°设置，以增强搅拌机的搅拌混合效果。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的成套装置在还原单元中利用零价铁ZVI将来自生物氧化单元的Fe³⁺进行快速便捷的化学还原产生转变成Fe²⁺，再回流至生物氧化单元中，补充了生物氧化单元成矿对Fe²⁺的消耗，实现了Fe²⁺转变成Fe³后又转变成Fe²⁺的循环，并能够维持施氏矿物的成矿速率和持续性，提高了总铁利用率及施氏矿物的产量。

本发明的成套装置通过生物氧化单元与还原单元间的持续循环，实现了施氏矿物的连续不断地生成，提高了成套装置的矿物生产效率；运行期间，只须向还原单元定期投加适量的粉末状的零价铁ZVI，成套装置即可自动运行，操作简便，节省了目前利用摇瓶合成、清洗、分装、空间占用等花费的大量人力物力。

附图说明

附图1为本发明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的示意图；

附图2为矿物XRD谱图；

附图3为矿物SEM谱图。

其中：1—生物氧化单元；11—氧化区；12—氧化沉淀区；13—锥形集矿区；101—氧化牛腿；102—支撑梁；103—氧化二相分离器；104—出水堰；105—进水管；106—酸液输入管；107—鼓风机；108—输气管道；109—微孔曝气器；110—矿物输出管；111—矿物输出泵；112—排水管；113—pH值在线监控仪；114—温度在线监控仪；115—加热盘管；2—还原单元；21—还原区；22—还原沉淀区；201—还原牛腿；202—导向板；203—还原二相分离器；204—电机；205—减速器；206—搅拌轴；207—叶轮；208—池底固定器；209—循环泵；210—循环管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示：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，主要包括生物氧化单元1和还原单元2这两个单元，最佳有效容积比为4:1，两个单元可以单独分开、也可以共壁连为一体。

该成套装置刚启动时，将自来水由进水管105输送到生物氧化单元1内(连续生产过程中，根据损失情况按需补充即可)，投加FeSO₄·7H₂0至所需的Fe²⁺浓度(4-5g/L)，并按生物氧化单元1容积的0.1％接种一定量的A.ferrooxidans LX5菌液(以后靠微生物的自繁殖保持体系中所需微生物的含量水平)，调节生物氧化单元1中溶药pH值至2.0-2.5，补充自来水至工作水位，开启鼓风机107进行曝气供氧(溶解氧DO控制在6.0mg/L左右)，在微生物及供氧条件下，利用Fe²⁺生产施氏矿物，并使混合液中Fe²⁺生产浓度趋于下降，Fe³⁺浓度趋于升高。

如图1所示，生物氧化单元1的底部为锥形底，锥度为60°-70°，构成锥形集矿区13，有利于固体(生成的施氏矿物)收集和排出；生物氧化单元1的池壁四周设锥形的氧化牛腿101，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，其底部为喇叭形结构，置于锥形的氧化牛腿101上。氧化二相分离103将生物氧化单元1分成氧化区11和氧化沉淀区12这两个区域，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，氧化沉淀区12具有沉淀功能并将固体(生成的施氏矿物)与富含Fe³⁺的液体分离开来，分离出来的固体经二相分离器103与锥形牛腿101之间形成的缝隙流回至氧化区并依自重沉淀至锥形集矿区；而分离出来的液体经生物氧化单元1的池壁上沿口自流至出水堰104，再经排水管112自流至还原单元2，而且在生物氧化单元1的锥形底上端所设置的多根支撑梁102上铺设有由鼓风机107供气的供气管道108，位于支撑梁102上的供气管道108上安装微孔曝气器109，为生物氧化单元1内的溶液供氧，促进微生物将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并生成施氏矿物沉淀在生物氧化单元1锥形底部的锥形集矿区13，由带矿物输出泵111的矿物输出管110定期插入生物氧化单元1的锥形底部输出。

生物氧化单元1的结构在上述基础上，在位于支撑梁102上方的生物氧化单元1的内部池壁中下部安装加热盘管115，管内可流入热媒(热水或蒸汽)，并将温度在线监控仪114的探头插入氧化沉淀区12上部的液体中，当测得的温度低于工作要求温度(28℃)时，加热盘管115内热媒开始运行，保证生物氧化单元1内溶液的温度稳定在所设定的温度范围内，满足生物氧化成矿的需要。生物氧化单元1内溶液的pH值在2-2.5之间，由pH值在线监控仪113测定，并确定是否补充酸液调整pH值，补充酸液时由酸液输入管106输入。

如图1所示，还原单元2的池底为平底式结构，在还原单元2中安装了还原二相分离器203，还原单元2的内池壁四周设置了锥形的还原牛腿201，还原二相分离器203的底部为喇叭形结构且置于还原牛腿201上，还原二相分离203将还原单元2分成还原区21和还原沉淀区22这两个区域，其中还原二相分离器203的内部及其下方的区域为还原区21，还原二相分离器203的外部与还原单元2的池壁之间形成的还原沉淀区22具有沉淀功能，将固(没有利用的零价铁ZVI)液分离开来，分离出来的固体经还原二相分离器203与还原牛腿201之间形成的缝隙流回至还原区21，提高零价铁ZVI的重复利用率，还原沉淀区22内的溶液中含较高的Fe²⁺，即还原沉淀区22排出的Fe²⁺含量较高的液体由循环泵209经循环管210回流至生物氧化单元1中的微孔曝气器109的上方20cm处，使得还原单元2输出至生物氧化单元1中的Fe²⁺在能够转变成Fe³⁺的同时亦能生成所需要的施氏矿物。生物氧化单元1排出的液体中Fe^{3 +}含量较高，含较高浓度Fe³⁺的溶液经管道112排至还原单元2的底部(距池底不小于40cm)，在溶液流入还原单元2期间添加一定量的粉末状的零价铁ZVI，至最高水位，开启搅拌机(由电机204、减速器205、搅拌轴206、叶轮207组成，并在还原单元2的底部设置了固定器208，使搅拌轴207工作更加稳定、不摆动)，使来自生物氧化单元1的液体中的高浓度Fe³⁺的与ZVI充分接触还原成Fe²⁺。叶轮207上的搅拌叶片具有一定的螺旋升角(5°-8°)，使叶轮207具有向上推动的能力，并根据装置的有效水深增加叶轮207的层数，有效水深每2米设一层搅拌叶轮207，且当为多层叶轮207时，邻近两层叶轮207上的搅拌叶相互交叉，交叉的角度为同一叶轮207上叶片间的夹角的一半，增强叶轮207的搅拌混合效果。在还原单元2的内部下端四周，安装了多块斜挡板202(顺着搅拌机转动方向倾斜20°-30°)，增强了搅拌机的搅拌混合效果。

在本发明的成套装置中，如果只有单一的生物氧化单元1，即便在微生物的作用与曝气供氧的条件下，随着Fe²⁺氧化成Fe³⁺生成施氏矿物的同时，生物氧化单元1内的溶液中Fe²⁺降低、Fe³⁺升高，导致后期施氏矿物的生成速率下降，降低了成矿效率；而本发明所述的成套装置中，生物氧化单元1耦合了还原单元2后，利用生物氧化单元1产生高Fe³⁺溶液，在添加的零价铁ZVI还原作用下，将Fe³⁺转变成Fe²⁺，再回流至生物氧化单元1中，补充了生物氧化单元成矿对Fe²⁺的消耗，实现了Fe²⁺转变成Fe³⁺后又转变成Fe²⁺的循环，能够维持施氏矿物较高的成矿速率和成矿持续性，提高了总铁利用率及施氏矿物的产量。

生物氧化单元1与还原单元2可以采用连体式共壁结构，当采用连体式结构时，生物氧化单元1与还原单元2均为矩形，且依然满足图1所示的生物氧化单元1中的排水管112高于还原单元2上沿口的要求。混合液在生物氧化单元1与还原单元2之间不断循环并持续生产施氏矿物。生物氧化单元1中接种有氧化亚铁硫杆菌LX5，在一定浓度FeSO₄·7H₂0初始条件下，利用鼓风机107不断曝气供氧，完成亚铁氧化和施氏矿物的生成，保持溶解氧浓度不低于6mg/L。生物氧化单元1中含有大量未被利用生矿的Fe³⁺，而产生的施氏矿物大多沉淀在生物氧化单元1的池底。当生物氧化单元1中溶液的温度低于28℃时，在温度在线监控仪114的监控下，加热盘管115中的热媒开始运行，使生物氧化单元1内温度保持在所需要的范围内。还原单元2内定期投加适量ZVI，完成Fe³⁺与ZVI的氧化还原。还原单元2内的ZVI依靠自重以及还原单元2内安装的还原二相分离器203，顺利完成还原单元2内的混合液中的ZVI的沉淀分离，避免ZVI随循环泵209输送到生物氧化单元1中。

实施例一

根据本发明提及的成套装置，该实施例建立了一套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，如附图1所示。

该实施例中，混合液总量为1500L(但不限于此)，其中，生物氧化单元1内混合液体积为1200L，还原单元2内混合液体积为300L，总体系水力停留时间(HRT)为3天。

生物氧化单元1内接种有2×10⁸A.ferrooxidans LX5菌液，初始FeSO₄·7H₂0浓度为22.24g/L，pH值为2.1～2.3。鼓风机107向生物氧化单元1内连续曝气供氧，使生物氧化单元1内的Fe²⁺在微生物作用下发生氧化，混合液自流至还原单元2内。机械搅拌器在还原单元2中以优选转速60r/min不断地搅拌混合液，经还原二相分离器203沉淀分离后，澄清液经循环泵209输送回生物氧化单元1的底部。从总体系循环开启运行起，每2天向还原单元2中投加生物氧化单元1排出溶液中Fe³⁺浓度1/2量的零价铁ZVI。

根据上述步骤，混合溶液在生物氧化单元1与还原单元2之间的不断地循环。经30天运行，获得约220千克，产矿率高达4.89kg/m³.d。从图2可得，生产所得矿物与标准施氏矿物(PDF47-1775)各衍射峰一一对应地相似；如图3电镜扫描结果显示，采用本发明的成套装置所生产的矿物表面具有明显的施氏矿物针状毛刺的特征，说明此实施例所生产的矿物确实为施氏矿物。

本发明的成套装置在还原单元2中利用零价铁ZVI将来自生物氧化单元1的Fe³⁺进行快速便捷的化学还原产生转变成Fe²⁺，再回流至生物氧化单元1中，补充了生物氧化单元1成矿对Fe²⁺的消耗，实现了Fe²⁺转变成Fe³后又转变成Fe²⁺的循环，并能够维持施氏矿物的成矿速率和持续性，提高了总铁利用率及施氏矿物的产量。通过生物氧化单元1与还原单元2间的持续循环，实现了施氏矿物的连续不断地生成，提高了成套装置的矿物生产效率；运行期间，只须向还原单元2定期投加适量的粉末状的零价铁ZVI，成套装置即可自动运行，操作简便，节省了目前利用摇瓶合成、清洗、分装、空间占用等花费的大量人力物力。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (1)

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；

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）；

所述的氧化区（11）的上部分别与进水管（105）和酸液输入管（106）相连通且氧化区（11）的上部设有测定溶液pH值的pH值在线监控仪（113），酸液输入管（106）用以补充酸液使得氧化区（11）内溶液的pH值在2-2.5之间；

所述氧化区（11）的底部设置有多根铺设供气管道（108）的支撑梁（102），供气管道（108）由鼓风机（107）供气且位于支撑梁（102）上的供气管道（108）上安装微孔曝气器（109），为生物氧化单元（1）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（1）的池壁中下部安装有加热盘管（115），且在氧化沉淀区（12）上部的液体中插有温度在线监控仪（114），使得生物氧化单元（1）内的工作温度不低于28℃；

所述氧化沉淀区（12）处的生物氧化单元（1）的池壁上设有出水堰（104），分离出来的富含Fe³⁺的液体自生物氧化单元（1）的池壁上沿口自流至出水堰（104）、再经排水管（112）自流至还原单元（2）的还原区（21）内；

所述还原单元（2）的池壁四周设有锥形的还原牛腿（201）且还原单元（2）的上部正中位置设有还原二相分离器（203），还原二相分离器（203）的底部为置于锥形的还原牛腿（201）上的喇叭形结构，还原二相分离器（203）将还原单元（2）分成还原区（21）和还原沉淀区（22），其中还原二相分离器（203）的内部及其下方的区域为还原区（21）、还原二相分离器（203）的外部与还原单元（2）的池壁之间形成的区域为还原沉淀区（22）；

所述的还原区（21）内设有由电机（204）、减速器（205）、搅拌轴（206）、叶轮（207）组成的搅拌机，所述的搅拌轴（206）采用还原单元（2）底部设置的固定器（208）固定且所述叶轮（207）上的搅拌叶片具有5°-8°的螺旋升角；

所述还原单元（2）的池壁下部安装有多块斜挡板（202），斜挡板（202）顺着搅拌机的转动方向倾斜20°-30°设置，以增强搅拌机的搅拌混合效果；

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。

Images