[发明专利]一种利用生物炭氧化地下水中三价砷的方法

说明书

本发明属于地下水修复领域，公开了一种利用生物炭氧化地下水中三价砷的方法，该方法是将生物炭加入到含有三价砷(As^III)的地下水中，同时通入含氧气体，搅拌反应1‑3天，即可将地下水中的As^III氧化为五价砷(As^V)；其中，所述生物炭是以农林废弃物为原材料，在400‑500℃、且隔绝氧气的条件下热解30‑150min，所得固体再用去离子水清洗后得到的。本发明通过生物炭与含氧气体的配合作用，并对关键生物炭的热解制备工艺等进行改进，能够有效解决易造成二次污染、运行成本高、操作复杂，抑或需要投加外源矿物、效率低等问题，该利用生物炭原位氧化地下水中As^III的方法为地下水中As^III的氧化提供一种经济高效、绿色环保的处理方法。

技术领域

本发明属于地下水修复领域，尤其涉及地下水砷污染处理，更具体地，涉及一种利用生物炭氧化地下水中三价砷的方法。

背景技术

高砷地下水中的砷通常来源于含砷矿物(或沉积物)等生物地球化学过程的释放和人类开采冶炼含砷矿物过程的排放。砷是国际癌症研究机构最早确认的一类致癌物质，长期饮用含砷地下水会对皮肤、神经、造血以及免疫等系统造成严重损伤。全球近一亿人生活在高砷地下水危险区，根据我国的地下水标准(10μg L^–1)，至少有1470万人受到砷污染地下水的影响。因此迫切需要一种经济、高效和绿色的修复技术来处理砷污染地下水。

地下水中砷主要以三价亚砷酸根阴离子(As^III)的形式存在。As^III的毒性是五价砷(As^V)的60倍，其迁移性远强于As^V，因此As^III对环境危害更大，并且在传统处理砷的过程中As^III相对于As^V处理效果低、处理难度大，将As^III氧化为As^V是处理含砷地下水中砷的关键步骤。氧化As^III的方法主要包括物化法和生物法，例如强氧化剂氧化法(臭氧、氯气以及铁锰矿物等)、光催化、电化学氧化法和铁细菌氧化法。但存在诸多问题，空气氧化法氧化速率缓慢低效，投加强氧化剂氧化易产生二次污染物，并且增加治理成本，光催化和电化学氧化法存在成本高昂和操作复杂等问题。专利文献CN105753218B，公开了一种去除As^III的方法，利用臭氧在pH值为0.9-1.5的条件下将含砷溶液中的As^III氧化为As^V，地下水水量巨大，因此臭氧的使用和苛刻的pH条件将大幅度的增加了处理成本，大幅度改变地下水pH将对生态环境造成破坏。专利文献CN1590320A，公开了一种利用二氧化氯作为氧化剂去除地下水中三价砷的方法，二氧化氯能够有效得将As^III氧化，但成本高，并且二氧化氯较强的氧化性可能打破地下水环境的生态平衡。专利文献CN103951026A，公开了一种以二氧化锰为催化剂催化空气氧化溶液中As^III的方法，以二氧化锰为催化剂，控制As^III溶液温度为30-90℃，并在搅拌条件下向As^III溶液中鼓入空气，即可完成溶液中As^III的氧，但过量的锰对人体有较大的毒害作用，且过程中需要控温提高处理效率，增加了处理成本。专利文献CN105129959A和CN103936136A，公开了一种利用小分子双酮光氧化处理水中As^III的方法和利用紫外光激发草酸氧化水体中As^III的处理方法，将小分子双酮或草酸加入含有As^III的水中，调整pH，然后将水置于紫外光源下照射，能够将将水中的As^III氧化为As^V，本方法处理高效，但需要投加小分子双酮和草酸，价格相对于生物炭比较高昂，并且需要紫外灯照射，即需异位氧化，增加处理成本，不能适应大量的含砷地下水处理；专利文献CN103922446A，公开了一种地下水中As^III的电化学氧化方法，该方法环保清洁，无二次污染，但经济成本较高，不适用大范围推广。专利文献CN106698821A，公开了一种利用微生物处理含As^III废水的方法，该方法经济高效，但需要投加亚铁试剂，亚铁离子具有较大的毒性，容易造成地下水的二次污染，且处理时间较长。