一種基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法
【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，然后填裝在有機玻璃柱中，測定有機玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機玻璃柱的頂部和底部分別設有進水口和出水口；將H2S氣體導入去離子水中，制得飽和HS-溶液；在有機玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去離子水，然后將飽和HS-溶液注入到有機玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質的表面均勻鍍鐵；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】中的不足，該方法不僅具有除砷效率高、經(jīng)濟適用、無二次污染以及可行性強等優(yōu)點，而且能夠在含水層中進行原位鍍鐵除砷，適于工程實踐和推廣應用。
【專利說明】一種基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法
【技術領域】
[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的除砷方法，屬于地下水原位修復與凈化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]以高砷地下水為代表的原生劣質地下水改良與修復研究是長期困擾國際水文地球化學界的難題，同時研發(fā)廉價、高效的修復技術也一直是學界的不懈追求。抽出處理和原位處理是當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方法去除水中污染物的方法。原位處理是利用物理及化學技術方法，無需將地下水抽出，直接在含水層中就地去除污染物。原位修復方法至問世以來，一直是地下水修復的主流方法，并形成了完整的技術體系。
[0003]目前，電化學方法及井內曝氣是主要的高砷地下水原位修復技術。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別的特點使得無論是電化學方法還是井內曝氣法都很難實現(xiàn)工程實踐與應用推廣。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法，解決了【背景技術】中的不足，該方法不僅具有除砷效率高、經(jīng)濟適用、無二次污染以及可行性強等優(yōu)點，而且能夠在地層中進行工程實踐和推廣應用。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術方案為:
[0006]一種基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法，包括以下步驟:(I)、將洗凈的石英砂與粘性礦物混合均勻，然后填裝在有機玻璃柱中，測定有機玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機玻璃柱的頂部和底部分別設有進水口和出水口 ；
[0007](2)、將H2S氣體導入去離子水中，制得飽和HS-溶液；
[0008](3)、在有機玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去離子水，然后將飽和HS-溶液注入到有機玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質的表面均勻鍍鐵；
[0009](4)、將含有砷元素的水由進水口注入，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)中所述的有機玻璃柱的內徑為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的質量比混合，配置成懸濁液并轉移至錐形瓶中并用橡皮軟塞封口 ；然后配置質量濃度為5%的稀鹽酸溶液，將其轉移至分液漏斗中，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-溶液注入到有機玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質的表面均勻鍍鐵。
[0013]在本發(fā)明中，F(xiàn)eSO4與HS-在介質載體的表層快速形成FeS2涂層，實現(xiàn)介質表面原位鍍鐵，該涂層具有結構致密、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、高效，不受介質性質干擾，且不影響介質滲透性。由于無二次污染且操作性強，除砷效率可達99.99%。
[0014]本發(fā)明不僅提供了一種實驗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用于地下含水層中，在含水層介質表面形成FeS2涂層進行直接除砷，為原位除砷提供了一種新的設計思路?？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，微生物介導下HS-還原含鐵礦物是固相砷遷移進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，向地下水注入反應性鐵鹽，通過形成FeS2沉淀而實現(xiàn)含水層原位鍍鐵，利用含水介質表層形成的致密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，達到高砷地下水修復與改良的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例中所使用到的除砷裝置。
[0016]圖中:1_有機玻璃柱，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-多通道蠕動泵。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例對本發(fā)明做詳細具體的說明。
[0018]實施例1
[0019]本實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的質量比混合均勻，然后填裝在有機玻璃柱中，測定有機玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機玻璃柱的內徑為1.4cm，高度為30cm，有機玻璃柱的頂部和底部分別設有進水口和出水口。
[0020]然后將FeS固體研磨至100目，與無氧去離子水按1:10的質量比混合，配置成懸濁液并轉移至H2S生成錐形瓶中并用橡皮軟塞封口 ；然后配置質量濃度為5%的稀鹽酸溶液，將其轉移至分液漏斗中，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)生速度通過調節(jié)分液漏斗中稀鹽酸的滴加速度來控制。將H2S氣體導入飽和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]將多通道蠕動泵分別與有機玻璃柱、FeSO4試劑瓶、去離子水試劑瓶以及飽和HS-溶液錐形瓶連接，打開多通道蠕動泵，在有機玻璃柱中注入5mM的FeSO4溶液，2分鐘后再注入去離子水，1分鐘后將飽和HS-溶液注入到有機玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質的表面均勻鍍鐵。
[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泵以3.5空隙體積/h注入有機玻璃柱中，待Cl穿透后，檢測出水中砷元素含量低于原子熒光光度計檢出限(0.1 μ g/L)，因此去除率大于99.99%。
[0023]實施例2
[0024]本實施例中首先將洗凈的50目石英砂與粘性礦物按照8:2的質量比混合均勻，其余步驟與實施例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泵以3.5空隙體積/h注入有機玻璃柱中，待Cl穿透后，檢測出水中砷元素含量低于原子熒光光度計檢出限(0.1 μ g/L)，因此去除率大于 99.99%。
【權利要求】
1.一種基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法，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，然后填裝在有機玻璃柱中，測定有機玻璃柱中的混合物的孔隙率以及滲透系數(shù)，有機玻璃柱的頂部和底部分別設有進水口和出水口 ； (2)、將H2S氣體導入去離子水中，制得飽和HS-溶液； (3)、在有機玻璃柱中注入FeSO4溶液，再注入去離子水，然后將飽和HS-溶液注入到有機玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質的表面均勻鍍鐵； (4)、將含有砷元素的水由進水口注入，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)權利要求1所述的基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法，其特征在于:步驟(1)中所述的有機玻璃柱的內徑為1.4cm，高度為30cm。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法，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的質量比混合，配置成懸濁液并轉移至錐形瓶中并用橡皮軟塞封口 ；然后配置質量濃度為5%的稀鹽酸溶液，將其轉移至分液漏斗中，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)生速度通過調節(jié)分液漏斗中稀鹽酸的滴加速度來控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于表面原位鍍鐵技術的除砷方法，其特征在于:步驟(3)的具體方法為:在有機玻璃柱中注入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 玻璃柱中，循環(huán)上述步驟直至礦物質的表面均勻鍍鐵。
【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)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】謝先軍, 張麗萍, 柳亞清, 王志強, 皮坤福, 馬騰, 王焰新, 蘇春利 申請人:中國地質大學（武漢）