一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，包括以下步驟：將洗凈的石英砂與粘性礦物混合均勻，然后填裝在有機(jī)玻璃柱中，測定有機(jī)玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機(jī)玻璃柱的頂部和底部分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口；將H2S氣體導(dǎo)入去離子水中，制得飽和HS-溶液；在有機(jī)玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去離子水，然后將飽和HS-溶液注入到有機(jī)玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質(zhì)的表面均勻鍍鐵；本發(fā)明中砷元素的去除率大于99.99%。本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中的不足，該方法不僅具有除砷效率高、經(jīng)濟(jì)適用、無二次污染以及可行性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠在含水層中進(jìn)行原位鍍鐵除砷，適于工程實(shí)踐和推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種除砷方法，尤其涉及一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，屬于地下水原位修復(fù)與凈化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]以高砷地下水為代表的原生劣質(zhì)地下水改良與修復(fù)研究是長期困擾國際水文地球化學(xué)界的難題，同時(shí)研發(fā)廉價(jià)、高效的修復(fù)技術(shù)也一直是學(xué)界的不懈追求。抽出處理和原位處理是當(dāng)前這類原生高砷地下水處理的常用方法。抽出處理就是將地下水抽取至地表，然后采用各種物理或化學(xué)方法去除水中污染物的方法。原位處理是利用物理及化學(xué)技術(shù)方法，無需將地下水抽出，直接在含水層中就地去除污染物。原位修復(fù)方法至問世以來，一直是地下水修復(fù)的主流方法，并形成了完整的技術(shù)體系。
[0003]目前，電化學(xué)方法及井內(nèi)曝氣是主要的高砷地下水原位修復(fù)技術(shù)。但由于天然成因高砷地下水分布范圍廣、體量大及污染源與污染途徑難以識(shí)別的特點(diǎn)使得無論是電化學(xué)方法還是井內(nèi)曝氣法都很難實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐與應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，解決了【背景技術(shù)】中的不足，該方法不僅具有除砷效率高、經(jīng)濟(jì)適用、無二次污染以及可行性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠在地層中進(jìn)行工程實(shí)踐和推廣應(yīng)用。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，包括以下步驟:(I)、將洗凈的石英砂與粘性礦物混合均勻，然后填裝在有機(jī)玻璃柱中，測定有機(jī)玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機(jī)玻璃柱的頂部和底部分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；
[0007](2)、將H2S氣體導(dǎo)入去離子水中，制得飽和HS-溶液；
[0008](3)、在有機(jī)玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去離子水，然后將飽和HS-溶液注入到有機(jī)玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質(zhì)的表面均勻鍍鐵；
[0009](4)、將含有砷元素的水由進(jìn)水口注入，然后由出水口流出，測得出水口流出的水中砷元素的去除率大于99.99%ο
[0010]步驟(1)中所述的有機(jī)玻璃柱的內(nèi)徑為1.4cm，高度為30cm。
[0011]所述H2S氣體的制備方法如下:將FeS固體研磨至100目，與無氧去離子水按1:10的質(zhì)量比混合，配置成懸濁液并轉(zhuǎn)移至錐形瓶中并用橡皮軟塞封口 ；然后配置質(zhì)量濃度為5%的稀鹽酸溶液，將其轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，然后將分液漏斗與錐形瓶連接，通過向錐形瓶中滴加稀鹽酸形成H2S氣體，H2S氣體的產(chǎn)生速度通過調(diào)節(jié)分液漏斗中稀鹽酸的滴加速度來控制。
[0012]步驟(3)的具體方法為:在有機(jī)玻璃柱中注入5mM的FeSO4溶液，2分鐘后再注入去離子水，I分鐘后將飽和HS-溶液注入到有機(jī)玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質(zhì)的表面均勻鍍鐵。
[0013]在本發(fā)明中，F(xiàn)eSO4與HS-在介質(zhì)載體的表層快速形成FeS2涂層，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)表面原位鍍鐵，該涂層具有結(jié)構(gòu)致密、分布均勻且晶型完好等良好性能。利用表層形成的致密FeS2涂層能以吸附的方式高效去除地下水中溶解態(tài)砷。本發(fā)明提供的處理方法廉價(jià)、高效，不受介質(zhì)性質(zhì)干擾，且不影響介質(zhì)滲透性。由于無二次污染且操作性強(qiáng)，除砷效率可達(dá)99.99%。
[0014]本發(fā)明不僅提供了一種實(shí)驗(yàn)室表面原位鍍鐵除砷的方法，更重要的是該方法能夠拓展應(yīng)用于地下含水層中，在含水層介質(zhì)表面形成FeS2涂層進(jìn)行直接除砷，為原位除砷提供了一種新的設(shè)計(jì)思路?？蒲腥藛T在針對高砷地下水所開展的研究中發(fā)現(xiàn)，含水介質(zhì)中鐵的氧化物與水合氧化物是含水系統(tǒng)中砷的主要載體，微生物介導(dǎo)下HS-還原含鐵礦物是固相砷遷移進(jìn)入地下水的主控因素，且高砷地下水具有低Eh、Fe (II)、SO42' NO3-及高HS-的顯著特征。因此，利用高砷地下水高HS-的特征，向地下水注入反應(yīng)性鐵鹽，通過形成FeS2沉淀而實(shí)現(xiàn)含水層原位鍍鐵，利用含水介質(zhì)表層形成的致密FeS2涂層不但能以吸附或共沉淀方式高效去除地下水中溶解態(tài)砷，且鐵的硫化物礦物在強(qiáng)還原條件下能長期穩(wěn)定存在，致密的鐵涂層能有效阻隔含水介質(zhì)與HS-的相互作用與砷的釋放，從而顯著降低地下水中的砷含量，達(dá)到高砷地下水修復(fù)與改良的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所使用到的除砷裝置。
[0016]圖中:1_有機(jī)玻璃柱，2_FeS04S劑瓶，3-去離子水試劑瓶，4-飽和HS-溶液錐形瓶，5-H2S生成錐形瓶，6-分液漏斗，7-多通道蠕動(dòng)泵。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明。
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例中所采用的除砷裝置如圖1所示，首先將洗凈的50目石英砂與粘性礦物按照9:1的質(zhì)量比混合均勻，然后填裝在有機(jī)玻璃柱中，測定有機(jī)玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機(jī)玻璃柱的內(nèi)徑為1.4cm，高度為30cm，有機(jī)玻璃柱的頂部和底部分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口。
[0020]然后將FeS固體研磨至100目，與無氧去離子水按1:10的質(zhì)量比混合，配置成懸濁液并轉(zhuǎn)移至H2S生成錐形瓶中并用橡皮軟塞封口 ；然后配置質(zhì)量濃度為5%的稀鹽酸溶液，將其轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，然后將分液漏斗與H2S生成錐形瓶連接，通過向H2S生成錐形瓶中滴加稀鹽酸形成H2S氣體，H2S氣體的產(chǎn)生速度通過調(diào)節(jié)分液漏斗中稀鹽酸的滴加速度來控制。將H2S氣體導(dǎo)入飽和HS-溶液錐形瓶中，飽和HS-溶液錐形瓶中事先放置有去離子水，H2S氣體通入去離子水中制得飽和HS-溶液；
[0021]將多通道蠕動(dòng)泵分別與有機(jī)玻璃柱、FeSO4試劑瓶、去離子水試劑瓶以及飽和HS-溶液錐形瓶連接，打開多通道蠕動(dòng)泵，在有機(jī)玻璃柱中注入5mM的FeSO4溶液，2分鐘后再注入去離子水，1分鐘后將飽和HS-溶液注入到有機(jī)玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質(zhì)的表面均勻鍍鐵。
[0022]最后，測量鍍鐵完成后的孔隙率和滲透系數(shù)，經(jīng)測定，鍍鐵完成前后孔隙度分別為22.5%與22.3%，在定水頭條件下，鍍鐵前后滲透系數(shù)變化< 2%。將配置好的濃度為1000 μ g/LNa3As04與Na3As03 (1:1混合)混合溶液與5mg/L的NaCl溶液采用多通道蠕動(dòng)泵以3.5空隙體積/h注入有機(jī)玻璃柱中，待Cl穿透后，檢測出水中砷元素含量低于原子熒光光度計(jì)檢出限(0.1 μ g/L)，因此去除率大于99.99%。
[0023]實(shí)施例2
[0024]本實(shí)施例中首先將洗凈的50目石英砂與粘性礦物按照8:2的質(zhì)量比混合均勻，其余步驟與實(shí)施例1相同，鍍鐵完成后，經(jīng)檢測，鍍鐵完成前后孔隙度變化率< 1%，在定水頭條件下，鍍鐵前后滲透系數(shù)變化< 3%。將配置好的濃度為500 μ g/LNa3As04與Na3As03(1:1混合)混合溶液與5mg/L的NaCl溶液采用多通道蠕動(dòng)泵以3.5空隙體積/h注入有機(jī)玻璃柱中，待Cl穿透后，檢測出水中砷元素含量低于原子熒光光度計(jì)檢出限(0.1 μ g/L)，因此去除率大于 99.99%。
【權(quán)利要求】
1.一種基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，其特征在于包括以下步驟:(1)、將洗凈的石英砂與粘性礦物混合均勻，然后填裝在有機(jī)玻璃柱中，測定有機(jī)玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機(jī)玻璃柱的頂部和底部分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ； (2)、將H2S氣體導(dǎo)入去離子水中，制得飽和HS-溶液； (3)、在有機(jī)玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去離子水，然后將飽和HS-溶液注入到有機(jī)玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質(zhì)的表面均勻鍍鐵； (4)、將含有砷元素的水由進(jìn)水口注入，然后由出水口流出，測得出水口流出的水中砷元素的去除率大于99.99%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，其特征在于:步驟(1)中所述的有機(jī)玻璃柱的內(nèi)徑為1.4cm，高度為30cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，其特征在于:所述H2S氣體的制備方法如下:將FeS固體研磨至100目，與無氧去離子水按1:10的質(zhì)量比混合，配置成懸濁液并轉(zhuǎn)移至錐形瓶中并用橡皮軟塞封口 ；然后配置質(zhì)量濃度為5%的稀鹽酸溶液，將其轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，然后將分液漏斗與錐形瓶連接，通過向錐形瓶中滴加稀鹽酸形成H2S氣體，H2S氣體的產(chǎn)生速度通過調(diào)節(jié)分液漏斗中稀鹽酸的滴加速度來控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面原位鍍鐵技術(shù)的除砷方法，其特征在于:步驟(3)的具體方法為:在有機(jī)玻璃柱中注入5mM的FeSO4溶液，2分鐘后再注入去離子水，I分鐘后將飽和HS-溶液注入到有機(jī) 玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質(zhì)的表面均勻鍍鐵。
【文檔編號】C02F1/28GK103880111SQ201410123121
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】謝先軍, 張麗萍, 柳亞清, 王志強(qiáng), 皮坤福, 馬騰, 王焰新, 蘇春利 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）