[发明专利]一种基于硫酸盐还原的地下水原位除砷方法

摘要

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。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扩散和反应，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的发生还原-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的释放。

主权项

一种基于硫酸盐还原的地下水原位除砷方法，其特征在于：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；(2)、根据已有含水层水文地质参数及实际抽水量将工作区进一步划分为若干工作区单元单元，工作区单元的确定步骤如下：a、建立坐标轴，设置抽水井(2)作为坐标原点，抽水量设为Q，井径设为rw，x轴与区域地下水流向平行，在上游最大跨度处垂直地下水流向等距设置4口注入井(3)；b、该抽水井能够覆盖的范围可以用以下方程表示：$y_D=\±\frac{1}{2}-\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\tan }^{-1}\frac{y_D}{x_D}$其中，y_D及x_D均为系数，y_D＝BUy/Q,x_D＝BUx/Q；Uy表示地下水y向流速，Ux表示地下水x向流速；(3)、完成抽水井(2)、注入井(3)的布设，确定工作区单元及面积后，抽水井(2)开始以流量Q抽水；通过以抽水量Q持续抽水，形成稳定的水力梯度来控制地下水流速；(4)、持续抽水直至抽水井降深稳定，形成局部稳定流场(4)后，通过注入井(3)开始注入FeSO₄溶液(5)；注入采用脉冲注入方式，即首先利用自吸泵连续泵入浓度10mM的FeSO₄溶液23.2L，11.6L/h；而后注入0.7HL水将试剂完全压至目标含水层内，其中H为目标含水层距地表深度，m；每2h为一周期，持续30天；(5)、FeSO₄溶液在局部稳定流场的引导下运移扩散至覆盖整个工作区单元目标含水层范围；注入的FeSO₄被土著微生物(7)还原生成HS^‑，并沉淀生成硫化亚铁固相包覆介质颗粒的表面，在微生物的进一步作用下发生矿物相转变，形成能稳定存在的，主要成分为铁硫化物的致密的硫化亚铁镀膜(6)；硫化亚铁镀膜(6)不仅抑制了固相砷的释放，而且可以通过共沉淀和化学吸附水相砷或生成砷黄铁矿，使得地下水中的砷向含水介质富集；(6)、在工作区单元均匀布设地下水监测井，对Fe²⁺、HS^‑进行定期监测；当地下水中Fe监测浓度不断升高稳定后停止注入，完成该单元工作；重复以上步骤，直至完成整个工作区的原位镀铁工作。