[發明專利]一種用生物炭去除富鈣高砷地下水中砷的方法

有效

• 申請號: 201910436474.3
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110143661B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 陳靜;趙澤州;王琳玲;李鴻博;鐘德來;任樹鵬;尹文利
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/52;B09C1/00;C02F101/10;C02F101/20;C02F103/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于地下水砷污染處理領域，公開了一種用生物炭去除富鈣高砷地下水中砷的方法，該方法是將生物炭加入到堿性、富鈣高砷的地下水中，攪拌反應至少4h，從而去除水體中溶解的砷；其中，地下水中所含的砷的濃度為0.1?10mg/L，鈣離子濃度為20?2000mg/L。本發明以特定富鈣且高砷的地下水作為待除砷對象，利用生物炭表面的氧化性活性基團將地下水中低價態的亞砷酸根氧化為高價態的砷酸根，生成的砷酸根與鈣離子和生物炭形成將砷?鈣?生物炭沉淀，充分利用了地下水中富鈣且堿性的特點，有機的結合氧化和吸附手段實現一體化去除地下水中砷的目的，能夠有效解決去除地下水中砷時現有處理方法普遍存在效率低效、運行成本高和操作復雜等問題。

技術領域

本發明屬于地下水砷污染處理領域，更具體地，涉及一種用生物炭去除富鈣高砷地下水中砷的方法。

背景技術

砷是一種有毒、致癌的類金屬，在世界范圍內廣泛分布于地下水，存在著潛在的飲用水砷污染問題。長期暴露于含砷環境會導致人體出現皮膚癌、肝癌，以及心血管等疾病。世界衛生組織將砷列為一類致癌物質。我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)中也將飲用水中砷的濃度標準由50μg/L降低到10μg/L。根據我國的地下水標準，至少有上千萬人受到含砷污染地下水的影響，在我國北方干旱和半干旱地區的尤為突出。這些地下水無氧且富含鈣離子，砷主要以低價態的亞砷酸鹽(三價砷)的形式存在，毒性更高。因此亟待一種簡單并有效的方法來去除高砷地下水中的砷。

含砷水體主要處理方法有物理法、化學沉淀法和生物法，物理法主要有離子交換法、萃取法和膜分離法，處理效果好，但處理量小、價格昂貴，因此較難運用于含砷地下水這樣水量巨大的地下水修復中；化學沉淀法是當前處理含砷廢水用的最多的方法，但需要投加大量的化學藥劑，易產生二次污染，不適用于地下水環境中砷的修復；生物法主要包括植物修復法和微生物富集法等，具有環境友好性，但所需微生物的存活條件十分苛刻，不適用于這種堿性、無氧和富含鈣離子的環境。因此傳統處理方法存在諸多問題且不能經濟高效的解決高砷地下水問題。

生物炭是在有機材料無氧熱解的產物，其原料通常是稻殼、秸稈和椰殼等農林廢棄物。由于其良好的吸附性能以及環境友好型被廣泛應用于水體污染治理。例如，專利文獻CN104549154A，公開了一種能安全吸附水體中鎘的生物炭的制備方法；專利文獻CN104785207A，公開了一種對重金屬(鉛、鉻、鋅和銅)高吸附性能生物炭及其制備方法。以上專利處理的重金屬均是以陽離子形式存在。而砷在地下水中多以(亞)砷酸根陰離子形式存在，其性質與其他重金屬離子有顯著差異，因此需要將生物炭進行改性或制備更加符合要求的生物炭。專利文獻CN104971697A，公開了一種用于去除水體中砷污染的磁性生物炭材料的制備及應用方法，基于負載納米Fe₃O₄改性炭化谷殼顆粒，用于去除水體中砷污染，但在地下水環境中負載后的Fe₃O₄改性生物炭中鐵會在微生物的作用下溶出，由于地下水環境是一個缺氧的還原環境，一旦鐵釋放出來，易被還原成Fe(II)，毒性較大，造成地下水的二次污染，同時納米Fe₃O₄的負載過程比較復雜，需要鹽酸、氨水和氯化鐵等物質，增加了處理成本，因此改性生物炭不適用于富鈣高砷地下水中砷的治理；同時，專利文獻CN206645957U，公開了一種地下水除砷處理系統；專利文獻CN103922446A，公開了一種地下水中三價砷的電化學氧化方法，以上專利方法運行成本較高，操作復雜。

發明內容