[发明专利]一种基于硫酸盐还原的地下水原位除砷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种除砷方法，尤其涉及一种基于硫酸盐(硫酸亚铁)还原作用的地下水原位除砷方法，属于地下水原位修复技术领域。

背景技术

砷是一种有毒类金属元素，与铬、镉、汞、铅等被列为重金属五毒之一。长期暴露在高砷环境下将会造成消化系统、神经系统等多种疾病，并有可能导致多种癌症。饮用高砷地下水是砷进入人体的主要途径之一。高砷地下水分布在全球70多个国家，影响人口超过1.5亿人。以我国为例，2002年的统计数据显示，高砷地下水在8个省市都有发现，高砷暴露人口达到200万人。因此，高砷地下水的改良与修复是当前污染水文地质学领域亟待解决的问题之一。

天然高砷地下水的特点是分布范围广、体积大、污染源和途径难以识别，成为水质改善难点。围绕着高砷地下水的修复技术，国内外研究学者相继提出了吸附法、沉淀法、生物法、膜处理法等多种方法。然而，以上技术当前主要依靠抽出处理实施，即将地下水抽出至地表，再进行针对性处理。该方法处理量小，成本较高，难以开展广泛的应用和推广。

近年来，以渗透性反应墙技术、电化学方法、原位曝气法为代表的原位处理技术得到了快速发展。以上技术往往存在需要大面积开挖、修复效果不理想、成本相对较高等问题。天然成因高砷地下水分布范围广、体量大及污染源与污染途径难以识别的特点使得上述方法很难实现工程实践与应用推广。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于硫酸盐还原的地下水原位除砷方法，通过该方法原位固定并抑制砷的释放，可以从源头上实现根本性的高砷地下水修复，具有除砷效率高，安全、稳定的特点；同时，该方法所选取的除砷试剂(FeSO₄)廉价易得，工艺简单，经济适用。

该方法遴选FeSO₄作为基本除砷试剂，通过周期性注入硫酸亚铁试剂，并利用抽水井制造局部流场引导试剂的迁移和反应，在土著微生物介导下促进注入的FeSO₄及高砷含水层广泛存在的硫化物发生还原-沉淀反应，生成稳定、均匀的铁硫化物(主要矿物形态为马基诺矿(FeS)和硫铁矿(FeS₂))沉淀。生成的铁硫化物一方面可以通过吸附和共沉淀作用降低水砷浓度；另一方面，在沉积物表面形成致密镀铁层，也将从源头抑制固相砷向地下水中的释放。该方法的主要固砷机理如下：

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(砷硫铁矿)  (6)

该方法利用含水层的强还原条件和活跃的微生物脱硫作用产生高含量溶解性硫化物，在不改变含水层物化条件的基础上，生成具有强固砷能力的铁硫化物矿物，在还原性地下水环境中其能长期稳定存在。通过该方法原位吸附并抑制砷的释放，可以从源头上实现根本性的高砷地下水修复，具有除砷效率高，安全、稳定的特点。同时，该方法所选取的除砷试剂廉价易得，工艺简单，经济适用，适于在我国高砷地下水分布区进行广泛推广与实际应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于硫酸盐还原的地下水原位除砷方法，包括以下步骤：

(1)、确定工作区，明确工作区的局部水文地质条件、水化学条件，选定目标高砷含水层1；确定含水层的下列参数：含水层厚度B(m)，渗透系数K(m/d)，有效孔隙度n_e，储水系数S，区域水力梯度I，区域地下水流速U(m/d)，弥散系数(m²/s)，并确定地下水流向；