一种基于表面原位镀铁技术的除砷方法

摘要

本发明提供了一种基于表面原位镀铁技术的除砷方法，包括以下步骤：将洗净的石英砂与粘性矿物混合均匀，然后填装在有机玻璃柱中，测定有机玻璃柱中的混合物的孔隙率以及渗透系数，有机玻璃柱的顶部和底部分别设有进水口和出水口；将H2S气体导入去离子水中，制得饱和HS-溶液；在有机玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去离子水，然后将饱和HS-溶液注入到有机玻璃柱中，循环上述步骤直至矿物质的表面均匀镀铁；本发明中砷元素的去除率大于99.99%。本发明解决了背景技术中的不足，该方法不仅具有除砷效率高、经济适用、无二次污染以及可行性强等优点，而且能够在含水层中进行原位镀铁除砷，适于工程实践和推广应用。

说明书

技术领域

本发明提供了一种除砷方法，尤其涉及一种基于表面原位镀铁技术的除砷方法，属 于地下水原位修复与净化技术领域。

背景技术

以高砷地下水为代表的原生劣质地下水改良与修复研究是长期困扰国际水文地球 化学界的难题，同时研发廉价、高效的修复技术也一直是学界的不懈追求。抽出处理和 原位处理是当前这类原生高砷地下水处理的常用方法。抽出处理就是将地下水抽取至地 表，然后采用各种物理或化学方法去除水中污染物的方法。原位处理是利用物理及化学 技术方法，无需将地下水抽出，直接在含水层中就地去除污染物。原位修复方法至问世 以来，一直是地下水修复的主流方法，并形成了完整的技术体系。

目前，电化学方法及井内曝气是主要的高砷地下水原位修复技术。但由于天然成因 高砷地下水分布范围广、体量大及污染源与污染途径难以识别的特点使得无论是电化学 方法还是井内曝气法都很难实现工程实践与应用推广。

发明内容

本发明提供了一种基于表面原位镀铁技术的除砷方法，解决了背景技术中的不足， 该方法不仅具有除砷效率高、经济适用、无二次污染以及可行性强等优点，而且能够在 地层中进行工程实践和推广应用。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种基于表面原位镀铁技术的除砷方法，包括以下步骤：（1）、将洗净的石英砂与 粘性矿物混合均匀，然后填装在有机玻璃柱中，测定有机玻璃柱中的混合物的孔隙率以 及渗透系数，有机玻璃柱的顶部和底部分别设有进水口和出水口；

（2）、将H₂S气体导入去离子水中，制得饱和HS-溶液；

（3）、在有机玻璃柱中注入FeSO₄溶液，再注入去离子水，然后将饱和HS-溶液注 入到有机玻璃柱中，循环上述步骤直至矿物质的表面均匀镀铁；

（4）、将含有砷元素的水由进水口注入，然后由出水口流出，测得出水口流出的 水中砷元素的去除率大于99.99%。

步骤（1）中所述的有机玻璃柱的内径为1.4cm，高度为30cm。

所述H₂S气体的制备方法如下：将FeS固体研磨至100目，与无氧去离子水按1:10 的质量比混合，配置成悬浊液并转移至锥形瓶中并用橡皮软塞封口；然后配置质量浓度 为5%的稀盐酸溶液，将其转移至分液漏斗中，然后将分液漏斗与锥形瓶连接，通过向 锥形瓶中滴加稀盐酸形成H₂S气体，H₂S气体的产生速度通过调节分液漏斗中稀盐酸的 滴加速度来控制。

步骤（3）的具体方法为：在有机玻璃柱中注入5mM的FeSO₄溶液，2分钟后再注 入去离子水，1分钟后将饱和HS-溶液注入到有机玻璃柱中，循环上述步骤直至矿物质的 表面均匀镀铁。

在本发明中，FeSO₄与HS-在介质载体的表层快速形成FeS₂涂层，实现介质表面原位 镀铁，该涂层具有结构致密、分布均匀且晶型完好等良好性能。利用表层形成的致密FeS₂涂层能以吸附的方式高效去除地下水中溶解态砷。本发明提供的处理方法廉价、高效， 不受介质性质干扰，且不影响介质渗透性。由于无二次污染且操作性强，除砷效率可达 99.99%。

本发明不仅提供了一种实验室表面原位镀铁除砷的方法，更重要的是该方法能够拓 展应用于地下含水层中，在含水层介质表面形成FeS₂涂层进行直接除砷，为原位除砷提 供了一种新的设计思路。科研人员在针对高砷地下水所开展的研究中发现，含水介质中 铁的氧化物与水合氧化物是含水系统中砷的主要载体，微生物介导下HS-还原含铁矿物 是固相砷迁移进入地下水的主控因素，且高砷地下水具有低Eh、Fe(II)、SO₄^2-、NO₃-及 高HS-的显著特征。因此，利用高砷地下水高HS-的特征，向地下水注入反应性铁盐，通 过形成FeS₂沉淀而实现含水层原位镀铁，利用含水介质表层形成的致密FeS₂涂层不但能 以吸附或共沉淀方式高效去除地下水中溶解态砷，且铁的硫化物矿物在强还原条件下能 长期稳定存在，致密的铁涂层能有效阻隔含水介质与HS-的相互作用与砷的释放，从而 显著降低地下水中的砷含量，达到高砷地下水修复与改良的效果。

附图说明

图1为本发明实施例中所使用到的除砷装置。

图中：1-有机玻璃柱，2-FeSO₄试剂瓶，3-去离子水试剂瓶，4-饱和HS-溶液锥形瓶， 5-H₂S生成锥形瓶，6-分液漏斗，7-多通道蠕动泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明。

实施例1

本实施例中所采用的除砷装置如图1所示，首先将洗净的50目石英砂与粘性矿物 按照9:1的质量比混合均匀，然后填装在有机玻璃柱中，测定有机玻璃柱中的混合物的 孔隙率以及渗透系数，有机玻璃柱的内径为1.4cm，高度为30cm，有机玻璃柱的顶部 和底部分别设有进水口和出水口。

然后将FeS固体研磨至100目，与无氧去离子水按1:10的质量比混合，配置成悬浊 液并转移至H₂S生成锥形瓶中并用橡皮软塞封口；然后配置质量浓度为5%的稀盐酸溶 液，将其转移至分液漏斗中，然后将分液漏斗与H₂S生成锥形瓶连接，通过向H₂S生成 锥形瓶中滴加稀盐酸形成H₂S气体，H₂S气体的产生速度通过调节分液漏斗中稀盐酸的 滴加速度来控制。将H₂S气体导入饱和HS-溶液锥形瓶中，饱和HS-溶液锥形瓶中事先放 置有去离子水，H₂S气体通入去离子水中制得饱和HS-溶液；

将多通道蠕动泵分别与有机玻璃柱、FeSO₄试剂瓶、去离子水试剂瓶以及饱和HS-溶 液锥形瓶连接，打开多通道蠕动泵，在有机玻璃柱中注入5mM的FeSO₄溶液，2分钟 后再注入去离子水，1分钟后将饱和HS-溶液注入到有机玻璃柱中，循环上述步骤直至矿 物质的表面均匀镀铁。

最后，测量镀铁完成后的孔隙率和渗透系数，经测定，镀铁完成前后孔隙度分别为 22.5%与22.3%，在定水头条件下，镀铁前后渗透系数变化＜2%。将配置好的浓度为 1000μg/LNa3AsO4与Na3AsO3（1:1混合）混合溶液与5mg/L的NaCl溶液采用多通道 蠕动泵以3.5空隙体积/h注入有机玻璃柱中，待Cl穿透后，检测出水中砷元素含量低于 原子荧光光度计检出限（0.1μg/L），因此去除率大于99.99%。

实施例2

本实施例中首先将洗净的50目石英砂与粘性矿物按照8:2的质量比混合均匀，其余 步骤与实施例1相同，镀铁完成后，经检测，镀铁完成前后孔隙度变化率＜1%，在定 水头条件下，镀铁前后渗透系数变化＜3%。将配置好的浓度为500μg/LNa3AsO4与 Na3AsO3（1:1混合）混合溶液与5mg/L的NaCl溶液采用多通道蠕动泵以3.5空隙体积 /h注入有机玻璃柱中，待Cl穿透后，检测出水中砷元素含量低于原子荧光光度计检出 限（0.1μg/L），因此去除率大于99.99%。