基于石英砂負載的原位氧化鍍鐵除砷柱的制備工藝及水體除砷方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明提供了一種除砷方法，尤其涉及基于石英砂負載的原位氧化鍍鐵除砷工藝，屬于地下水原位修復與凈化技術領域。
【背景技術】
[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，在特定地質條件、地球化學條件、水文地質條件及人為因素的影響下，巖石和沉積物中的砷也會進入地下水中，使地下水中砷含量會出現偏高現象。高砷地下水在世界范圍內廣泛分布，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億人口的身體健康造成了嚴重危害。近年來，隨著地下水在居民生產、生活中比重的逐年增大，其逐漸成為很多地區(qū)尤其是干旱內陸盆地居民生活用水及工、農業(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，嚴重制約了當地經濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。同時，高砷地下水也是當前國際社會所面臨的最嚴重的地質環(huán)境問題之一，已成為環(huán)境地質領域研宄的熱點課題。
[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:氧化還原法會產生有毒和致癌的副產物；沉淀-絮凝法會產生不穩(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；石灰軟化法需要進行二次處理調整PH等；膜分離法易產生栓塞，需定期維護，后期運行成本很高；吸附法需要進行再生和定期更換樹脂，運營成本高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是一方面提供一種基于石英砂負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行水體除砷的方法，以解決現有技術所存在的產生有毒和致癌的副產物、產生不穩(wěn)定的污泥、所需要的處理周期長、會產生新的廢液，需要進行二次處理調整pH，膜易產生栓塞，需定期維護，后期運行成本很高，需要進行再生和定期更換樹脂，運營成本高的問題。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]本發(fā)明提供的基于石英砂負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、層析柱進行前處理，然后將石英砂填入層析柱中；(2)、通過泵以一定進水速率向層析柱中泵入FeS04溶液；(3)、以相同進水速率向層析柱中泵入無氧去離子水作為還原劑FeS04與氧化劑NaClO的緩沖介質；(4)、不改變進水速率，繼續(xù)向層析柱中泵入NaClO溶液，按化學反應平衡，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)、不改變進水速率，再次向層析柱中泵入無氧去離子水；(6)、循環(huán)重復上述步驟
(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]進一步的，所述的進水速率為VO = 12.lml/min。
[0008]進一步的，所述泵為多通道蠕動泵。
[0009]進一步的，步驟(2)為厭氧條件下進行，其中DO < 0.lmg/Lo
[0010]進一步的，所述NaClO溶液濃度為lmmol/L，所述FeS04溶液濃度為2mmol/L。
[0011]進一步的，步驟(2)-(5)每一步驟均持續(xù)Imin。
[0012]進一步的，所述對石英砂進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和鐵氧化物，重復該步驟2-3次后，將洗凈的石英砂轉入去離子水中保存?zhèn)溆谩?br>[0013]進一步的，所述對層析柱進行前處理是指選擇直徑1.4cm，高度30cm的層析柱，然后用質量濃度為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，以實現固定水砷、處理含砷污染水的目的。
[0016]本發(fā)明的上述技術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載的鐵氧化物/氫氧化物包裹體。同時為了避免在進水口形成大量沉淀而堵塞進水口，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，以便在石英砂表面形成均勻鐵氧化物/氫氧化物涂層。石英砂負載的鐵氧化物/氫氧化物產物將通過與As形成單齒單核絡合物持續(xù)吸附水砷，降低水中砷的含量，從而達到處理、改良高砷污染水的目的。同現有技術中的除砷方法相比，該工藝一方面具有成本低廉，簡單易行的優(yōu)點，可以實現除砷柱的批量制備，應用抽出處理方法，將高砷地下水以一定速率泵入除砷柱實現固定水砷、處理高砷污染水的目的；同時，根據該工藝在利用在介質表面原位產生的鐵氧化物還原產物進行原位除砷，便于應用于野外，實現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]下面結合具體實施例對本發(fā)明做詳細具體的說明。
[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和鐵氧化物，重復該步驟2-3次后，將洗凈的石英砂轉入去離子水中保存?zhèn)溆茫?br>[0025]提供直