CN103739057B - 一种用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，将表面负载有纳米尺寸的铁锰氧化物的水泥球作为颗粒滤料，装入若干个滤网袋中，并将滤网袋首尾连接，使它们形成波浪形的长条除砷带，将长条除砷带悬置于水井的井水中用以除去井水中的砷。该方法根据高砷地下水地区农村水井的取水方法特点而设计，对高砷地下水的除砷效果好，而且原材料价廉易得，工艺要求简单，检查和维护方便，运行管理费用低，不需要外界电力或其它供能设施，非常适合在高砷地下水的农村水井中推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，属于水处理技术领域。
背景技术
砷是公认的致癌物，目前地下水中的砷污染问题十分普遍。地下水中的砷以无机砷形态为主，包括三价砷和五价砷。其中，三价砷的毒性是五价砷的60倍，而大多数的除砷吸附剂对三价砷的去除效率低。高砷地下水对人体的危害方式主要有皮肤接触、直接饮用、食用等。砷具有累积性和慢性毒性，长期积累会直接危害人体健康，可出现皮炎、皮肤过度角化、皮肤色素沉着及消化系统、神经系统为主的临床表现，甚至引起皮肤癌、肺癌等严重病症。按照我国最新颁布的饮用水砷含量卫生标准(10μg/L)，我国饮用水超过该标准的人口预计达数千万。
在我国北方农村地区仍然普遍使用地下水作为农业灌溉用水、牲畜养殖用水、生活用水甚至直接饮用。许多高砷地区农村由于长期接触砷而引起地方病的现象十分严重。为了解决农村这一长期存在的问题，对高砷地下水的净化十分必要。
目前正在研究的各种除砷的方法，大多数以吸附剂为主。因为吸附的方法材料来源广泛，简单易行。而地下水中毒性大的三价砷在中性pH条件时，以不带电荷的分子态存在，吸附剂对三价砷的吸附容量低。而且现有针对除砷的研究大多数仅限于实验室工作，对实际的地下水除砷工作很少开展。如何针对目前农村地区的砷浓度含量、取水方法、井深范围、人均用水量等因素设计出简单实用、易于操作，而且除砷效果好，能同时去除三价砷和五价砷方法，对解决农村地区长期存在的砷污染问题是非常有益的。
发明内容
为解决现有的高砷地下水地区农村水井中的含砷浓度高且长期未有效去除的问题，本发明为高砷地下水地区的农村水井提供了一种廉价、高效、易于操作、易于管理和维护的的除砷方法。该方法能将高砷地下水中的三价砷氧化为五价砷，同时去除地下水中的三价砷和五价砷，除砷效果好，且原材料价廉易得，工艺要求简单，检查和维护方便，运行管理费用低，不需要外界电力或其它供能设施，非常适合在高砷地下水的农村水井中推广使用。
实现本发明目的所采用的技术方案是：将表面负载有纳米铁锰复合氧化物的水泥球作为颗粒滤料，装入若干个滤网袋中，并将滤网袋首尾连接，悬置于水井取水管中，在取水管的井水中形成波浪形的长条除砷带，用以除去井水中的砷。
对上述技术方案进一步的改进是颗粒滤料是将纳米铁锰复合氧化物均匀裹在新制作的湿润水泥球表面，待其干燥后即得到球状颗粒滤料，所述水泥球直径大小为0.5～1.5cm。
其中纳米铁锰复合氧化物按如下步骤制备：按照三价铁盐和高锰酸盐的摩尔比为4:3，在剧烈搅拌下将三价铁盐溶液滴入高锰酸盐溶液，同时不断调节体系的pH值为8～10并保持稳定；待三价铁盐溶液滴完后，置于电炉上加热至90～100℃，保持在此温度持续加热1～2小时，加热过程中用玻璃棒搅拌防止暴沸，静置老化6～12小时，将所得固体反应产物用去离子水洗涤至中性，干燥后碾碎过筛，再于300～500℃煅烧6～12小时，即可制得纳米铁锰复合氧化物。
而且，波浪形的长条除砷带的顶端设有绳子，将绳子留在井口外面，用于随时检查、取样和更换滤料
由上述技术方案可知，本发明针对大多数农村地区水井的取水管直径为1寸(约为3.3cm)，用表面负载有纳米铁锰复合氧化物的水泥球作为颗粒滤料，将制作好的直径约为0.5～1.5cm的滤料装入若干个尼龙滤网袋中，再把尼龙网袋首尾相接，使它们形成波浪形，置于高砷地下水的水井管内，留绳子在井口外面，便于随时检查、取样、更换滤料。水泥球和尼龙滤网袋是常见的生产材料，纳米铁锰氧化物的制作也十分简单易行，因此本方法原材料价廉易得，工艺要求简单，检查和维护方便，运行管理费用低，不需要外界电力或其它供能设施，非常适合在高砷地下水的农村水井中推广使用。
又由于纳米铁锰氧化物具有高效的去除地下水中三价砷和五价砷的特点，而纳米材料运用于实际的地下水除砷，需要解决纳米材料随地下水的流动产生的迁移和损失问题。本方法运用来源广泛的水泥球对纳米材料进行固定，在新鲜制备的水泥球表面均匀裹上纳米铁锰氧化物材料，待其干燥后制成所需的除砷滤料颗粒。该步骤不仅克服了材料的迁移和损失问题，还增加了高砷地下水和纳米铁锰氧化物材料的接触程度，有利于提高除砷效率。
本方法中滤料的直径限定在0.5～1.5cm，使直径大小不等的滤料在滤网中错位堆叠，使网袋中滤料接触边缘形成孔隙，便于在抽取地下水时，保证水流的畅通。
尼龙网袋首尾相接，置于高砷地下水的水井取水管内形成波浪形，使地下水从含水层抽取到地面的过程中，与滤料充分接触，保证了除砷的效果。
尼龙滤网袋的长度约为1米，不仅利于维修检查、取样、更换滤料等工作，而且滤网袋的个数并不太多，减小了连接滤网袋首尾的工作量。
尼龙滤网袋的直径限定在2～2.5cm，是依据目前农村地区普遍使用内径为1寸的井管而设计。其目的是为了便于使尼龙网袋在水井取水管中形成波浪形。
若遇到其它内径的取水管，只需要设计尼龙滤网袋的内径约为井管内径的0.6～0.75倍，其它参数保持不变即可。
本发明具有如下优点：
滤料颗粒表面的纳米铁锰氧化物的比表面积大，除砷速度快，吸附容量大。吸附砷的同时能氧化三价砷为五价砷，该材料不仅能降低地下水的毒性，还能提高总砷的去除效率。
把纳米铁锰氧化物材料均匀裹在水泥球表面后，能将纳米材料固定，克服纳米材料随地下水的流动而发生的迁移、损失问题。
除砷滤料装入尼龙网袋中，以“之”字形状放置于井中。抽取高砷地下水时，地下水的流动不受影响，同时高砷地下水能与滤料充分接触，达到高效除砷的效果。
预留在井外的绳子，便于随时检查滤料的使用状态，便于维护管理。
本方法中的原材料如水泥、尼龙网袋等是常见易得、价廉的材料。滤料制作简单，可以实现大规模生产。
按照本方法适合于应用到高砷地下水地区农村水井的砷污染修复中。本方法除砷速度快，除砷效率高，吸附容量大，不会产生二次污染，滤料的使用时间长。
本方法对农村地区其它类型的地下水污染治理亦有借鉴意义。
附图说明
图1为本发明所述波浪形的长条除砷带置于水井取水管中的示意图。
图2为本发明所述方法实施后的除砷效果图。
图中，1、取水管，2、颗粒滤料，3、除砷带，4、绳子。
具体实施方式
按摩尔比FeCl3:KMnO4=4:3称取FeCl3和KMnO4备用，在剧烈搅拌下将100mlFeCl3溶液缓慢滴入500ml KMnO4溶液中，同时不断调节体系的pH值为8～10并保持稳定；待FeCl3溶液加入完毕后，然后置于电炉上加热至90～100℃，保持在此温度持续加热1～2小时，加热过程中用玻璃棒搅拌防止暴沸，静置老化6～12小时，将所得固体反应产物用去离子水洗涤至中性，干燥后碾碎过筛，再于300～500℃煅烧6～12小时，即可制备得到纳米铁锰复合氧化物。按照该方法准备约600g纳米铁锰复合氧化物，待其冷却后备用。
将水泥、中砂和水以水泥：中砂：水=1:2:0.6的配比充分混合，制成直径为0.5～1.5cm的新鲜湿润的水泥球，乘其未干时在其外表面均匀裹上一层纳米铁锰复合氧化物，尽量用完准备好的纳米铁锰氧化物，待其干燥后得到球状颗粒滤料2。制作长度为1米，直径为水井取水管内径0.6～0.75倍的尼龙滤网袋。农村水井取水管1普遍使用的取水管内径约为1寸（3.3cm），因此尼龙滤网袋的直径设计为2～2.5cm，将颗粒滤料装入若干个尼龙滤网袋中，装好滤料后封口，再把尼龙网袋首尾相接。以井深为25米为例，填充颗粒滤料的滤网袋数目大约为25-26个，把填充好颗粒滤料滤网袋首尾相接。把连接好的滤网袋按顺序整理好，放入水井取水管中使它们自然形成波浪形的长条除砷带3，波浪形的长条除砷带的波峰与波谷之间的距离与水井取水管内径相匹配。在长条除砷带的顶端设有绳子4，留绳子在井口外面，便于随时检查、取样和更换滤料。波浪形的长条除砷带置于水井取水管中的具体状况如图1所示。
本方法除砷速度快，除砷效率高，吸附容量大，不会产生二次污染，滤料的使用时间长，适合于应用到高砷地下水地区农村水井的砷污染修复中。图2是使用本方法后水井出水除砷效果图，第一次连续抽取4小时后，间隔1小时，再连续抽取4小时，所得的用水量满足5口之家的7天生活用水量。从图2中可知，按上述取水方式所取的除砷后的水中含砷量低于10ppb，低于我国饮用水标准。经过除砷效果的使用寿命实验，投入井中的材料大约可以使用一年。
Claims (5)
1.一种用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，其特征在于：将表面负载有纳米铁锰复合氧化物的水泥球作为颗粒滤料，装入若干个滤网袋中，并将滤网袋首尾连接，悬置于水井取水管中，在取水管的井水中形成波浪形的长条除砷带，用以除去井水中的砷，所述纳米铁锰复合氧化物按如下步骤制备：按照三价铁盐和高锰酸盐的摩尔比为4:3，在剧烈搅拌下将三价铁盐溶液滴入高锰酸盐溶液，同时不断调节体系的pH值为8～10并保持稳定；待三价铁盐溶液滴完后，置于电炉上加热至90～100℃，保持在此温度持续加热1～2小时，加热过程中用玻璃棒搅拌防止暴沸，静置老化6～12小时，将所得固体反应产物用去离子水洗涤至中性，干燥后碾碎过筛，再于300～500℃煅烧6～12小时，即可制得到纳米铁锰复合氧化物。
2.根据权利要求1所述用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，其特征在于：颗粒滤料是将纳米铁锰复合氧化物均匀裹在新制作的湿润水泥球表面，待其干燥后即得球状颗粒滤料，所述水泥球直径大小为0.5～1.5cm。
3.根据权利要求1所述用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，其特征在于：波浪形的长条除砷带的波峰与波谷之间的距离与水井取水管内径相匹配。
4.根据权利要求1所述用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，其特征在于：波浪形的长条除砷带的顶端设有绳子，将绳子留在井口外面，用于随时检查、取样和更换滤料。
5.根据权利要求1所述用于高砷地下水地区农村水井的除砷方法，其特征在于：滤网袋为尼龙滤网袋，每个尼龙滤网袋的长度为0.9～1米，滤网袋直径为水井内径的0.6～0.75倍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20140423 Assignee: HUBEI NONGGU CHANGSHENG SOIL RESTORATION TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: CHINA University OF GEOSCIENCES (WUHAN CITY) Contract record no.: 2017420000004 Denomination of invention: Arsenic removal method for rural well in high-arsenic underground water region Granted publication date: 20150624 License type: Exclusive License Record date: 20170317 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150624 |