[發明專利]一種基于硫酸鹽還原的地下水原位除砷方法

有效

• 申請號: 201410781085.1
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104787830A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 謝先軍;王志強;皮坤福;柳亞清;朱亞鵬;馬騰;蘇春利;丁貞玉;郝義國;王焰新
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/52;C02F1/62
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種除砷方法，尤其涉及一種基于硫酸鹽(硫酸亞鐵)還原作用的地下水原位除砷方法，屬于地下水原位修復技術領域。

背景技術

砷是一種有毒類金屬元素，與鉻、鎘、汞、鉛等被列為重金屬五毒之一。長期暴露在高砷環境下將會造成消化系統、神經系統等多種疾病，并有可能導致多種癌癥。飲用高砷地下水是砷進入人體的主要途徑之一。高砷地下水分布在全球70多個國家，影響人口超過1.5億人。以我國為例，2002年的統計數據顯示，高砷地下水在8個省市都有發現，高砷暴露人口達到200萬人。因此，高砷地下水的改良與修復是當前污染水文地質學領域亟待解決的問題之一。

天然高砷地下水的特點是分布范圍廣、體積大、污染源和途徑難以識別，成為水質改善難點。圍繞著高砷地下水的修復技術，國內外研究學者相繼提出了吸附法、沉淀法、生物法、膜處理法等多種方法。然而，以上技術當前主要依靠抽出處理實施，即將地下水抽出至地表，再進行針對性處理。該方法處理量小，成本較高，難以開展廣泛的應用和推廣。

近年來，以滲透性反應墻技術、電化學方法、原位曝氣法為代表的原位處理技術得到了快速發展。以上技術往往存在需要大面積開挖、修復效果不理想、成本相對較高等問題。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上述方法很難實現工程實踐與應用推廣。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于硫酸鹽還原的地下水原位除砷方法，通過該方法原位固定并抑制砷的釋放，可以從源頭上實現根本性的高砷地下水修復，具有除砷效率高，安全、穩定的特點；同時，該方法所選取的除砷試劑(FeSO₄)廉價易得，工藝簡單，經濟適用。

該方法遴選FeSO₄作為基本除砷試劑，通過周期性注入硫酸亞鐵試劑，并利用抽水井制造局部流場引導試劑的遷移和反應，在土著微生物介導下促進注入的FeSO₄及高砷含水層廣泛存在的硫化物發生還原-沉淀反應，生成穩定、均勻的鐵硫化物(主要礦物形態為馬基諾礦(FeS)和硫鐵礦(FeS₂))沉淀。生成的鐵硫化物一方面可以通過吸附和共沉淀作用降低水砷濃度；另一方面，在沉積物表面形成致密鍍鐵層，也將從源頭抑制固相砷向地下水中的釋放。該方法的主要固砷機理如下：

SO₄^2-+2CH₂O→H₂S+2HCO₃^-??(1)

H₂S＝HS^-+H⁺??(2)

Fe²⁺+HS^-+OH^-＝FeS+H₂O??(3)

FeS+S＝FeS₂??(4)

FeS/FeS₂+As→FeS/FeS₂-As(吸附)??(5)

FeS+As→FeAsS(砷硫鐵礦)??(6)

該方法利用含水層的強還原條件和活躍的微生物脫硫作用產生高含量溶解性硫化物，在不改變含水層物化條件的基礎上，生成具有強固砷能力的鐵硫化物礦物，在還原性地下水環境中其能長期穩定存在。通過該方法原位吸附并抑制砷的釋放，可以從源頭上實現根本性的高砷地下水修復，具有除砷效率高，安全、穩定的特點。同時，該方法所選取的除砷試劑廉價易得，工藝簡單，經濟適用，適于在我國高砷地下水分布區進行廣泛推廣與實際應用。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種基于硫酸鹽還原的地下水原位除砷方法，包括以下步驟：

(1)、確定工作區，明確工作區的局部水文地質條件、水化學條件，選定目標高砷含水層1；確定含水層的下列參數：含水層厚度B(m)，滲透系數K(m/d)，有效孔隙度n_e，儲水系數S，區域水力梯度I，區域地下水流速U(m/d)，彌散系數(m²/s)，并確定地下水流向；