基于石英砂負(fù)載的原位氧化鍍鐵除砷柱的制備工藝及水體除砷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種除砷方法，尤其涉及基于石英砂負(fù)載的原位氧化鍍鐵除砷工藝，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]砷是自然界中一種有毒元素，在自然界的多種礦物中均有發(fā)現(xiàn)，在特定地質(zhì)條件、地球化學(xué)條件、水文地質(zhì)條件及人為因素的影響下，巖石和沉積物中的砷也會進(jìn)入地下水中，使地下水中砷含量會出現(xiàn)偏高現(xiàn)象。高砷地下水在世界范圍內(nèi)廣泛分布，全球70多個國家均不同程度受到高砷地下水的威脅，尤其是印度、孟加拉國、越南、緬甸、智利、阿根廷、匈牙利、美國和中國。我國原生高砷地下水主要分布于山西大同盆地、內(nèi)蒙古河套盆地及新疆、臺灣地區(qū)等，共約1850萬人口受到高砷地下水的威脅。長期飲用高砷地下水會導(dǎo)致皮膚癌、肺癌等高危病癥。目前，由于飲用高砷地下水已對全球數(shù)億人口的身體健康造成了嚴(yán)重危害。近年來，隨著地下水在居民生產(chǎn)、生活中比重的逐年增大，其逐漸成為很多地區(qū)尤其是干旱內(nèi)陸盆地居民生活用水及工、農(nóng)業(yè)用水最主要的供水水源。然而高砷地下水的廣泛分布加劇了這些地區(qū)水資源供需緊張的局面，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展。同時，高砷地下水也是當(dāng)前國際社會所面臨的最嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問題之一，已成為環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域研宄的熱點課題。
[0003]目前常見的高砷地下水的凈化辦法有:氧化還原法、沉淀-絮凝法、生物法、離子交換法、石灰軟化法、膜分離法、吸附法等。以上方法都存在著各自的弊端:氧化還原法會產(chǎn)生有毒和致癌的副產(chǎn)物；沉淀-絮凝法會產(chǎn)生不穩(wěn)定的污泥，更適合于異位凈化；生物法所需要的時間長；離子交換法會產(chǎn)生新的廢液，周期長，且有機物的存在會污染離子樹脂；石灰軟化法需要進(jìn)行二次處理調(diào)整PH等；膜分離法易產(chǎn)生栓塞，需定期維護(hù)，后期運行成本很高；吸附法需要進(jìn)行再生和定期更換樹脂，運營成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一方面提供一種基于石英砂負(fù)載的原位氧化鍍鐵除砷柱，另一方面還提供利用上述除砷柱進(jìn)行水體除砷的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的產(chǎn)生有毒和致癌的副產(chǎn)物、產(chǎn)生不穩(wěn)定的污泥、所需要的處理周期長、會產(chǎn)生新的廢液，需要進(jìn)行二次處理調(diào)整pH，膜易產(chǎn)生栓塞，需定期維護(hù)，后期運行成本很高，需要進(jìn)行再生和定期更換樹脂，運營成本高的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供的基于石英砂負(fù)載的原位氧化鍍鐵除砷柱的制備工藝包括以下步驟:(I)、對石英砂、層析柱進(jìn)行前處理，然后將石英砂填入層析柱中；(2)、通過泵以一定進(jìn)水速率向?qū)游鲋斜萌隖eS04溶液；(3)、以相同進(jìn)水速率向?qū)游鲋斜萌霟o氧去離子水作為還原劑FeS04與氧化劑NaClO的緩沖介質(zhì)；(4)、不改變進(jìn)水速率，繼續(xù)向?qū)游鲋斜萌隢aClO溶液，按化學(xué)反應(yīng)平衡，NaClO溶液為過量泵入，使之足以氧化Fe2+形成鐵氧化物/氫氧化物；(5)、不改變進(jìn)水速率，再次向?qū)游鲋斜萌霟o氧去離子水；(6)、循環(huán)重復(fù)上述步驟
(2)-(5)，至層析柱中石英砂顏色無明顯變化且出水中Fe含量無明顯降低時，最終完成除砷柱的制備。
[0007]進(jìn)一步的，所述的進(jìn)水速率為VO = 12.lml/min。
[0008]進(jìn)一步的，所述泵為多通道蠕動泵。
[0009]進(jìn)一步的，步驟(2)為厭氧條件下進(jìn)行，其中DO < 0.lmg/Lo
[0010]進(jìn)一步的，所述NaClO溶液濃度為lmmol/L，所述FeS04溶液濃度為2mmol/L。
[0011]進(jìn)一步的，步驟(2)-(5)每一步驟均持續(xù)Imin。
[0012]進(jìn)一步的，所述對石英砂進(jìn)行前處理包括下述步驟:(I)、選擇粒徑在Imm且粒度均勻的石英砂；(2)、在進(jìn)行填柱前，用6mol/L HCl浸泡清洗12h后用自來水和去離子水分別清洗3遍，以去除石英砂表面的雜質(zhì)和鐵氧化物，重復(fù)該步驟2-3次后，將洗凈的石英砂轉(zhuǎn)入去離子水中保存?zhèn)溆谩?br>[0013]進(jìn)一步的，所述對層析柱進(jìn)行前處理是指選擇直徑1.4cm，高度30cm的層析柱，然后用質(zhì)量濃度為15%?20%的稀鹽酸浸泡48h后分別用自來水和去離子水清洗3遍。
[0014]進(jìn)一步的，所述將石英砂填入層析柱中是指用濕法裝柱的方法在層析柱內(nèi)填裝滿洗凈的石英砂，并保證層析柱在此裝柱過程中完全充滿水且沒有氣泡混入，以保證柱中石英砂填裝均勻。
[0015]本發(fā)明提供的一種水體除砷方法，是將含砷水體以一定速率泵入上述制備的除砷柱，以實現(xiàn)固定水砷、處理含砷污染水的目的。
[0016]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0017]上述方案中，通過采用四步注入循環(huán)，向石英砂柱中交替注入FeS04溶液、無氧去離子水以及NaClO溶液，使NaClO在實驗柱中將Fe2+氧化后，在石英砂表面形成石英砂負(fù)載的鐵氧化物/氫氧化物包裹體。同時為了避免在進(jìn)水口形成大量沉淀而堵塞進(jìn)水口，在FeS04與NaClO溶液中間引入無氧去離子水作為緩沖，使其在實驗柱中均勻分散反應(yīng)，以便在石英砂表面形成均勻鐵氧化物/氫氧化物涂層。石英砂負(fù)載的鐵氧化物/氫氧化物產(chǎn)物將通過與As形成單齒單核絡(luò)合物持續(xù)吸附水砷，降低水中砷的含量，從而達(dá)到處理、改良高砷污染水的目的。同現(xiàn)有技術(shù)中的除砷方法相比，該工藝一方面具有成本低廉，簡單易行的優(yōu)點，可以實現(xiàn)除砷柱的批量制備，應(yīng)用抽出處理方法，將高砷地下水以一定速率泵入除砷柱實現(xiàn)固定水砷、處理高砷污染水的目的；同時，根據(jù)該工藝在利用在介質(zhì)表面原位產(chǎn)生的鐵氧化物還原產(chǎn)物進(jìn)行原位除砷，便于應(yīng)用于野外，實現(xiàn)地下水含水層原位除砷，具有非開挖、低成本、易于推廣、安全穩(wěn)定的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明中涉及的基于石英砂負(fù)載的原位氧化鍍鐵除砷柱示意圖。
[0019]圖中:1-層析柱，2-石英砂，3-多通道蠕動泵，4_FeS04溶液，5_去離子水，6-NaC10 溶液。
[0020]圖2為實施例中的除砷柱砷穿透曲線。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明。
[0022]實施例I
[0023]本實施例所采用的基于石英砂負(fù)載的原位氧化鍍鐵除砷柱如圖I所示。其制備工藝具體包含如下步驟：
[0024]提供粒徑在Imm且粒度均勾的石英砂；在進(jìn)行填柱前，用6mol/LHCl浸泡清洗12h后用自來水和去離子水分別清洗3遍，以去除石英砂表面的雜質(zhì)和鐵氧化物，重復(fù)該步驟2-3次后，將洗凈的石英砂轉(zhuǎn)入去離子水中保存?zhèn)溆茫?br>[0025]提供直