專利名稱：高砷地下水的地表深度處理方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高砷地下水的地表深度處理方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟水平的提高，生活飲用水的水質(zhì)安全問題也逐漸引起人們的重視， 成為各級政府必須關(guān)注的重大問題。當(dāng)前的情況是，城市居民的飲用水相對比較安全，而一 部分農(nóng)民的飲用水則存在許多問題。我國地下水砷污染區(qū)域主要有新疆、內(nèi)蒙古、山西等 地，全國大約有563萬人口受到來自飲用水砷污染(> 50i!g/L)，且其中大部分處于經(jīng)濟 條件落后的農(nóng)村地區(qū)，長期飲用砷超標(biāo)的水，會造成砷中毒，導(dǎo)致皮膚癌和多種內(nèi)臟器官癌 變，給老百姓的身體健康帶來嚴(yán)重的影響。目前國內(nèi)外處理含砷水的方法總體上有物理法、 化學(xué)法和生物化學(xué)法。使用較多的幾種常用方法是沉淀、絮凝、過濾、吸附、氧化、膜分離法 和生物法等。但這些方法都有著自身無法克服的弊端，達不到最理想的處理或應(yīng)用效果。例 如絮凝法采用單一的絮凝劑很難達到排放的標(biāo)準(zhǔn)，且PH值對其影響很大，當(dāng)處于堿性時會 導(dǎo)致吸附的砷酸鹽脫附，而膜分離法雖然節(jié)能，無二次污染，處理率也比較高(理想情況下 可達90%以上)，但是在實驗條件更接近于現(xiàn)實情況下去除率顯著降低，而且成本很高。抽出處理技術(shù)(Pump-Treat)是最早出現(xiàn)的地下水污染修復(fù)技術(shù)，也是地下水異 位修復(fù)的代表技術(shù)。自20世紀(jì)80年代開展地下水污染修復(fù)至今，國外有關(guān)地下水污染治 理工程多以抽出處理技術(shù)為主。據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計，在1982年到2002年間，抽出處理技術(shù) 的歷年累積使用比例高達68%，遠遠超過其它修復(fù)技術(shù)。但之前該技術(shù)在處理高砷地下水 方面一直存在操作復(fù)雜、運行難度大和維護費用昂貴的問題，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)推廣應(yīng)用，致使 當(dāng)今受高砷水威協(xié)的人群依然眾多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高砷地下水的地表深度處理方法及其系統(tǒng)，該方法具 有操作簡單、成本低、處理效果好的特點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是高砷地下水的地表深度處理方 法，其特征在于它包括如下步驟1)將地下的高砷地下水抽出，抽出的高砷地下水經(jīng)過曝氣1. 5h的處理后，向高砷 地下水中投加氯化亞鐵和氯化鐵的混合體，混合體的投加量為每100升高砷地下水中投 加5.0mg混合體(5.0mg/100L)，混合體中氯化亞鐵與氯化鐵的質(zhì)量比為1 1，然后自然沉 降24h，得到含有絮體的混合水體；2)將步驟1)得到的含有絮體的混合水體過濾，濾液(清水)直接使用，濾渣(絮 體)收放入帶有砂土的桶中(統(tǒng)一回收)。所述的高砷地下水是指地下水中砷的含量> 200 u g/L。實現(xiàn)上述方法的高砷地下水的地表深度處理系統(tǒng)，其特征在于它包括水管4、水泵 5、容器6、曝氣裝置、過濾裝置9，水管4的輸入端與水泵5相連，水泵5位于水井2內(nèi)的高砷地下水中，水管4的輸出端與容器6相連通；曝氣裝置的曝氣頭7位于容器6內(nèi)的底部； 容器6上設(shè)置有出水水閥8，出水水閥8的出口處設(shè)有過濾裝置9。所述的過濾裝置9由兩層棉布、棉花組成，棉花夾在兩層棉布之間。本發(fā)明的有益效果是1)該方法具有操作簡單、運行管理方便，系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的二次污染很少，充 分利用了水體的自凈能力。2)成本低低能耗、低投資和低運行管理費用，系統(tǒng)所需的曝氣裝置及過濾裝置 均屬于一次購買，長期使用的物品，反應(yīng)過程中只需投加少量的鐵鹽作為絮凝劑，具有非常 顯著的環(huán)境效益和社會效益。3)處理效果好高砷地下水中富含的硫化氫氣體在經(jīng)過空氣曝氣即可去除，反 應(yīng)過程無需投加其它化學(xué)試劑；絮凝劑的主要成分為氯化鐵和氯化亞鐵的混合成分，避 免了各自作為混凝劑處理高砷水的弊端，加藥后繼續(xù)曝氣，使得水體中的As (III)轉(zhuǎn)化為 As(V), Fe(II)轉(zhuǎn)化為Fe (III)，反應(yīng)充分進行，具有較好的砷去除效果，大大降低了砷的毒 性。4)過濾裝置構(gòu)造簡單，取材簡單，成本較低，但能有效過濾水體中的鐵離子，達到 更為理想的處理效果，且防止了含砷絮體二次進入水體環(huán)境，適合于廣大地區(qū)推廣使用。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明的處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 -地表，2-水井，3-液面，4-水管，5-水泵，6-容器，7-曝氣頭，8-出水水 閥，9-過濾裝置。
具體實施例方式如圖1所示，高砷地下水的地表深度處理方法，它包括如下步驟1)將地下的高砷地下水抽出(所述的高砷地下水是指地下水中砷的含量> 200 u g/L)，抽出的高砷地下水經(jīng)過曝氣1. 5h的處理后(經(jīng)過曝氣1. 5h的處理后，水體中 的硫化氫氣體可自然揮發(fā)，使得臭味也隨之去除)，向高砷地下水中投加氯化亞鐵和氯化鐵 的混合體，混合體的投加量為每100升高砷地下水中投加5. Omg混合體(5. 0mg/100L)， 混合體中氯化亞鐵與氯化鐵的質(zhì)量比為1 1[即(2.5mg氯化鐵+2.5mg氯化亞鐵)/100L 水]，繼續(xù)曝氣5h[即可使得水體中的As (III)轉(zhuǎn)化為As (V)，F(xiàn)e (II)轉(zhuǎn)化為Fe (III)，產(chǎn)生 成砷酸鐵的同時產(chǎn)生大量的氫氧化鐵膠體，溶液中的砷酸根與氫氧化鐵還可發(fā)生吸附共沉 淀，從而得到較高的除砷效率；而與水中的泥土粒子、懸浮物質(zhì)相互結(jié)合生成的絮凝體，則 依靠重力在水中沉淀下來，最終通過過濾裝置使其達到最佳的處理效果，并有效防止了砷 再次進入環(huán)境]，然后自然沉降24h (絮體沉降)，得到含有絮體的混合水體；2)將步驟1)得到的含有絮體的混合水體過濾，濾液(清水)直接使用，濾渣(絮 體)收放入帶有砂土的桶中(統(tǒng)一回收)。本發(fā)明用于山西省山陰縣某戶高砷地下水(所述的高砷地下水是指地下水中砷 的含量=200 u g/L)的現(xiàn)場中試試驗證明，本發(fā)明處理高濃度含砷地下水具有較好的效
4果，出水中砷含量和鐵含量均可以達到《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-93)的一級標(biāo) 準(zhǔn)(出水中砷的含量=5iig/L)。如圖2所示，實現(xiàn)上述方法的高砷地下水的地表深度處理系統(tǒng)，它包括水管4、水 泵5、容器6、曝氣裝置、過濾裝置9，水管4的輸入端與水泵5相連，水泵5位于水井2內(nèi)的 高砷地下水中，水管4的輸出端與容器6相連通；曝氣裝置的曝氣頭7位于容器6內(nèi)的底 部；容器6上設(shè)置有出水水閥8，出水水閥8的出口處設(shè)有過濾裝置9 (過濾裝置用繩或鋼 絲邦在出水水閥8上)。所述的過濾裝置9由兩層棉布、棉花組成，棉花夾在兩層棉布之間。高砷地下水的地表深度處理系統(tǒng)的使用由水泵5將地下的高砷地下水抽出至容 器6中，曝氣裝置工作，容器6內(nèi)的高砷地下水經(jīng)過曝氣1. 5h ；然后向容器6內(nèi)的高砷地下 水中投加氯化亞鐵和氯化鐵的混合體，得到含有絮體的混合水體；然后自然沉降24h，打開 出水水閥8，經(jīng)過濾裝置9過濾，濾液(清水)直接使用，濾渣(絮體)收放入帶有砂土的桶 中(統(tǒng)一回收)。以下重點闡述本發(fā)明的原理。1、通過調(diào)查研究表明，高砷地下水都是還原環(huán)境導(dǎo)致的，其特點是溶解氧含量低， 鐵含量低，氧化還原條件為還原-極度還原環(huán)境，因而抽出的地下水中大都富含硫化氫氣 體。長期飲用此類地下水，會造成頭暈、流淚、眼痛、咽干、咳嗽、胸悶、意識模糊等問題，部分 患者可有心臟損害。硫化氫本身屬于揮發(fā)性氣體，可在空氣中自然揮發(fā)去除，但整個過程所 需時間較長，采用空氣曝氣的方法，則可大大提高去除硫化氫的效率。2、曝氣的實質(zhì)就是使氣相中的氧向液相中轉(zhuǎn)移。氣相中的氧轉(zhuǎn)移為液相中的溶解 氧，是通過流體運動形成氣液接觸界面而完成的。曝氣過程的實現(xiàn)，有利于使得空氣中的氧 氣與抽出的地下水中的硫化氫氣體之間迅速進行氣流擴散運動，加快兩者之間的交換，從 而在不添加任何化學(xué)試劑的條件下達到快速去除硫化氫的目的。由現(xiàn)場試驗結(jié)果可知，對于硫化氫氣體含量在140 u g/L的范圍內(nèi)，曝氣1. 5h即可 達到完全去除的效果。2、砷的形態(tài)取決于環(huán)境的pH值、氧化還原電位(Eh)、溫度、其它離子及有機質(zhì)的 種類、濃度，懸浮顆粒的組成、數(shù)量等等。砷在氧化條件下以As (V)為主，而在還原條件較強 的地下水系統(tǒng)中則主要以As(III)為主。As(III)的毒性和遷移性大于As (V)，但As (III) 通常在pH = 3 10范圍內(nèi)以中性分子形式存在，導(dǎo)致許多技術(shù)對As (III)的去除率都遠 低于As (V)。因此，為了有效去除地下水中的As (III)，降低其毒性，大多工藝都將As (III) 預(yù)氧化為As (V)。在提高砷的去除效率的同時，又可降低毒性。目前，有學(xué)者以次氯酸鹽、臭 氧及高錳酸鹽等為氧化劑，采用化學(xué)氧化法對氧化三價砷進行了研究。但在地下水中為防 止二次污染，需盡量減少化學(xué)試劑的使用。因此，在對高砷地下水的處理中，首選氧氣作為 氧化劑是合理的?；炷恋矸ㄊ且环N常規(guī)的水處理技術(shù)，其機理是混凝劑在水中水解生成的不溶解 于水的聚合體，吸附水中的無機砷化合物或?qū)⑵浣Y(jié)合在架橋中，同時與水中的泥土粒子、懸 浮物質(zhì)相互結(jié)合生成絮凝體，依靠重力在水中沉淀下來，達到除砷的目的。該方法對砷的去 除效果主要取決于混凝劑水解形成的無定形氫氧化物對砷的吸附能力、礬花對所吸附的砷 的包埋效果以及含砷絮體的沉降性能。
最常見的混凝劑有鐵鹽(如三氯化鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵)、鋁鹽(如硫酸鋁、堿氯 化鋁、聚鋁)、硅酸鹽、碳酸鈣等。研究表明，鐵鹽的除砷效果好于鋁鹽，使用鋁鹽作為混凝劑 處理含砷原水，要求原水pH值接近于中性，而使用鐵鹽作為混凝劑，在較寬的pH值范圍，除 砷的效果都不受影響。然而長期以來的實驗室研究證明，在當(dāng)溶液中不含其它混凝劑時，僅靠曝氣充氧 對溶液中三價砷的氧化速率非常緩慢；當(dāng)溶液中不含氧時，混凝劑例如鐵鹽對砷的作用也 并不顯著；只有當(dāng)氧鐵共存時，砷的氧化才能實現(xiàn)，當(dāng)鐵砷比大于二十時，三價砷氧化去除 率可達到95%左右。本發(fā)明選用氯化鐵和氯化亞鐵的混合體作為混凝劑并在整個反應(yīng)過程中持續(xù)曝 氣，主要原因在于單純選用氯化亞鐵作為絮凝劑時，在水體中經(jīng)過充分的曝氣形成極小的 顆粒物，能夠與水體中的砷充分反應(yīng)，但絮體的沉降時間較長，若不能及時過濾，水體中的 鐵離子會出現(xiàn)超標(biāo)的情況。而氯化鐵直接作為絮凝劑，加入水體后，直接生產(chǎn)氫氧化鐵膠體 顆粒，其比表面積較大，沉降速率過快，并不能與水體中的砷進行充分反應(yīng)，因而效果并不 是十分理想。二者同時使用，則在曝氣的情況下使得02作為一種催化氧化劑，在過程產(chǎn)生類 似于光助？6壯011的效應(yīng)，加快48(111)轉(zhuǎn)化為As (V)，F(xiàn)e(II)轉(zhuǎn)化為Fe (III)的速度。此 外，由Fe(III)形成的氫氧化物膠體與砷酸鹽形成的絮體也可以在曝氣停止后依靠重力迅 速沉降。實驗得出鐵鹽的最佳投加比為2. 5mg氯化鐵+2. 5mg氯化亞鐵/100L水。3、過濾裝置高砷水與混凝劑反應(yīng)完全后會產(chǎn)生大量的絮體，經(jīng)試驗證實，水體在經(jīng)過24h自 然沉降后即可使用。采用過濾裝置則可以達到更佳的除砷效果，并且能有效保證水體中鐵 離子含量達到國家標(biāo)準(zhǔn)，砷不再二次進入環(huán)境體系。整個過濾裝置也相對比較簡單，采用市面上易于購買的棉布及少量棉花作為材 料，將棉花夾在兩層棉布之間，固定于水龍頭之上即可使用。水體中殘余的含砷絮體，則進行統(tǒng)一的回收處理。本發(fā)明采用一個放有砂土的桶 來盛放處理后產(chǎn)生的絮體，水分在空氣中蒸發(fā)后，絮體在桶內(nèi)發(fā)生沉積，并覆蓋于砂土表 層，成為礦物成分，可在后期的建筑過程中利用，有效防止了砷再次進入水體環(huán)境，發(fā)生遷 移。
權(quán)利要求
高砷地下水的地表深度處理方法，其特征在于它包括如下步驟1)將地下的高砷地下水抽出，抽出的高砷地下水經(jīng)過曝氣1.5h的處理后，向高砷地下水中投加氯化亞鐵和氯化鐵的混合體，混合體的投加量為每100升高砷地下水中投加5.0mg混合體，混合體中氯化亞鐵與氯化鐵的質(zhì)量比為1∶1，然后自然沉降24h，得到含有絮體的混合水體；2)將步驟1)得到的含有絮體的混合水體過濾，濾液直接使用，濾渣收放入帶有砂土的桶中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高砷地下水的地表深度處理方法，其特征在于所述的高砷 地下水是指地下水中砷的含量> 200ii g/L。
3.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的高砷地下水的地表深度處理系統(tǒng)，其特征在于它包括水 管(4)、水泵(5)、容器(6)、曝氣裝置、過濾裝置(9)，水管(4)的輸入端與水泵(5)相連，水 泵(5)位于水井(2)內(nèi)的高砷地下水中，水管(4)的輸出端與容器(6)相連通；曝氣裝置的 曝氣頭(7)位于容器(6)內(nèi)的底部；容器(6)上設(shè)置有出水水閥(8)，出水水閥(8)的出口 處設(shè)有過濾裝置(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高砷地下水的地表深度處理系統(tǒng)，其特征在于所述的過濾 裝置(9)由兩層棉布、棉花組成，棉花夾在兩層棉布之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高砷地下水的地表深度處理方法及其系統(tǒng)。高砷地下水的地表深度處理方法，其特征在于它包括如下步驟1)將地下的高砷地下水抽出，抽出的高砷地下水經(jīng)過曝氣1.5h的處理后，向高砷地下水中投加氯化亞鐵和氯化鐵的混合體，混合體的投加量為每100升高砷地下水中投加5.0mg混合體，混合體中氯化亞鐵與氯化鐵的質(zhì)量比為1∶1，然后自然沉降24h，得到含有絮體的混合水體；2)將步驟1)得到的含有絮體的混合水體過濾，濾液直接使用，濾渣收放入帶有砂土的桶中。該方法具有操作簡單、成本低、處理效果好的特點。適合于我國廣大高砷水區(qū)域家庭分散式推廣使用。
文檔編號C02F1/20GK101863565SQ20101013266
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者李義連, 梁艷燕, 鄧天天, 陳銀松 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)