CN104787804A - 一种用于修复六价铬污染地下水的FeS的制备与使用方法 - Google Patents

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陈娟
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Abstract

本发明公开一种用于修复六价铬污染地下水的FeS的制备与使用方法，涉及地下水处理。提供了一种解决FeS修复试剂成分不纯，粒径过大，需求量难以估算以及配套设备复杂难维护等问题，并且能提高修复效率的一种符合实际工程应用的FeS修复试剂的制备与使用方法。(1)在无氧条件下，通过均相沉淀法将硫酸亚铁和硫化钠水合物制备成所需的FeS修复试剂；(2)重复三次离心—去离子水洗涤过程，对试剂进行提纯；(3)将试剂由注入泵，通过注入井与抽提井，进入受污染区域，达到修复目的。充分应用了FeS本身所具备的还原与沉淀能力，以实现化学还原和沉淀的强化耦合效果。无需单独设立注入井，直接利用场地上现存的井即可达到修复目的，操作简便。

Description

一种用于修复六价铬污染地下水的FeS的制备与使用方法
技术领域
本发明涉及地下水污染修复领域，特别涉及一种针对受六价铬污染地下水体的原位修复试剂—FeS的制备与使用方法。
背景技术
近年来，随着铬在电镀、冶金、皮革鞣制加工、印染、木材加工、化学等工业中的广泛应用，随之产生了大量的含铬废水及废渣，导致大量的耕地、地下水、地表水等被这些未处理的含铬废水及废渣所污染，铬污染事件频发，已经对环境造成了巨大的危害。其中，六价铬又以其高毒性、高迁移性引起了大众的广泛关注。
目前，铬污染环境受体的修复主要包括：针对铬污染土壤的固化稳定化技术，以及针对铬污染水体的混凝沉淀法、离子交换法、电动修复技术、生物修复技术和渗透反应墙技术等。
地下水由于位于地表之下，污染发生时往往很隐蔽，增加了其危害性与修复难度。因此制备出一种能够迅速、有效处理受污染地下水体的修复试剂具有重要的意义。
FeS同时含有Fe(Ⅱ)与S(-Ⅱ)两种还原性成分，具有强还原性，同时，与六价铬反应的过程中，在常规地下水pH环境下还能直接形成含Cr(Ⅲ)胶体沉淀物，实现还原作用与沉淀作用相伴进行的一步处理法。与传统的先还原后沉淀的二步法处理Cr(VI)污染水体的方法相比,本方法具有明显的经济优势和环境优势，是一种治理铬污染地下水极具前景的的修复药剂。
然而，目前的文献和专利所报道的有关FeS修复药剂的制备与使用方法并不完善可靠。这主要是由于FeS自身的性质决定的，包括：(1)目前工艺条件下制备的FeS成分不纯、杂质多、杂质和样品含量不明确等，(2)所制备的FeS试剂并不是以修复六价铬污染地下水为目的，性质不够完善(3)在地下多孔介质环境中的堵塞，这些均对实际修复铬污染地下水产生了严重的负面影响，限制了FeS的应用。
综上所述，现存的FeS试剂无法发挥其本身的优异性质，进而难以满足修复受六价铬污染地下水的要求，不利于实际工程的使用。
发明内容
本发明的一个目的是：提供一种纯度高，制备成本低，适用于六价铬污染地下水修复工程的FeS的制备方法。
本发明的另一个目的是：将制备的FeS试剂合理的应用于六价铬污染地下水的修复。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
第一部分，制备：
(1)制备试剂的原始材料的成分与配比：
(a)FeSO4·7H2O；(b)Na2S·9H2O；(c)二者的质量比为49.2％：50.8％；(d)无氧去离子水。
(2)设置充满氮气的无氧制备室，并使接下来的步骤全部在该制备空间内完成。
(3)将制备室的温度调整为最佳反应温度：30℃。
(4)配置浓度为27.8g/L的硫酸亚铁溶液；
(5)缓缓加入所需的硫化钠溶液，直至满足(1)所需比例，并设定该步骤所需时间为20分钟，在不造成飞溅的前提下，尽可能提高搅拌速率。
(6)离心沉淀，去除上清液，并加入等量的无氧去离子水，重复三次。
(7)将试剂进行无氧密封封装，即是所需原始FeS修复试剂，无需惰性有机溶剂的保护与干燥。其XRD衍射图谱如图1所示。
第二部分，试剂的使用：
(1)在六价铬污染区域至少打一口观测井，测定污染地下水区域的六价铬的浓度与水量。
(2)根据(1)中测定结果，结合表1，配置符合要求的FeS修复试剂的浓度与剂量。
(3)在六价铬污染区域，与观测井间距1.5米到15米处，至少打一口注入井；
(4)将步骤2中配置的药剂，由注入泵，通过注入井注入到地下含水层。
(5)同时开启观测井中的抽提泵，形成负压，帮助步骤(4)中的药剂能迅速扩散，单位时间的抽提量，大致与注入量相当；当抽提液中的FeS浓度为注入井浓度的1/3～1/2时，停止抽提。
(6)步骤3中的注入井筛网上沿可高出地下水面0.1m，位于含水层的筛网整体须超过0.5m-1m，注入井的间距可为1.5m-15m之间,根据含水层性质适当调整。
(7)步骤4中的抽提井可以由观测井来充当，也可以额外设置，筛网上沿可高出地下水面0.1m，位于含水层的筛网整体须超过0.5m-1m，当污染地下水区域很大时，抽提井也可作为注入井使用，间距设置为1.5m-15m。
(8)单井单位时间注入量需结合实际地下介质渗透性，实际注入总体积，需同时结合污染地下水实际情况与修复药剂的修复能力，可以一次性注入，也可以分批注入。
(9)上述修复药剂注入管、注入泵、注入井相连通，无需与外界接触，可直接通过注入泵注入修复药剂。
(10)本发明所制备的FeS性质优异，其悬浊液在应用于地下水六价铬污染修复时，充分应用了FeS本身所具备的还原与沉淀能力，能够实现化学还原和沉淀的强化耦合效果。
(11)表1单位质量修复试剂在不同pH条件下的溶解度与最大修复能力
pH值 溶解度(mol/L) 能够还原Cr6+的量(mg/L)
1 0.774 40.255
2 0.077 4.026
3 7.742*10-3 0.403
4 7.746*10-4 0.040
5 7.777*10-5 4.044*10-3
6 8.087*10-6 4.205*10-4
7 1.070*10-6 5.563*10-5
8 2.461*10-7 1.279*10-5
9 7.430*10-8 3.863*10-6
10 2.350*10-8 1.222*10-6
11 7.781*10-9 4.046*10-7
12 3.384*10-9 1.760*10-7
13 2.558*10-9 1.330*10-7
14 2.461*10-9 1.279*10-7
本发明的显著优点主要有：
(1)制备的FeS性质优异，品控严格，利于实现六价铬污染地下水修复的定量计算。
(2)本发明无需独立设置FeS注入井，可充分利用场地现存的井作为FeS修复药剂注入井，并实现了抽提井与注入井的交替循环使用。
附图说明
图1为制备的FeS修复试剂的XRD衍射图谱。
图2为本发明实施例3中模拟柱的出口六价铬浓度随时间变化示意图。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
设计了以下实验来研究不同pH对FeS去除模拟地下水中六价铬的应用，反应在数控恒温震荡培养箱中进行。首先吸取100mL含10mg/L六价铬的水溶液至250mL玻璃瓶中，然后再加2mL含43.96mg/L的FeS悬浊液至250mL玻璃瓶中，六价铬水溶液的pH值范围为1～9。盖上胶皮塞，放入恒温振荡培养箱中，控制反应温度为20℃，转速为150r/min，每隔一定的时间用注射器吸取2mL溶液，测定不同时间(min)间隔水溶液中残余的六价铬浓度，计算六价铬的去除率(见表2)。
表2不同pH条件下FeS对六价铬的去除率(％)
实施例2:
设计了以下实验来研究不同温度对FeS去除模拟地下水中六价铬的应用，反应在数控恒温震荡培养箱中进行。首先吸取100mL含10mg/L六价铬的水溶液至250mL玻璃瓶中，然后再加2mL含43.96mg/L的FeS悬浊液至250mL玻璃瓶中，六价铬水溶液pH值约为6.80。盖上胶皮塞，放入恒温振荡培养箱中，控制反应温度为10℃(15℃、20℃和25℃)，转速为150r/min，每隔一定的时间用注射器吸取2mL溶液，测定不同时间(min)间隔水溶液中残余的六价铬浓度，计算六价铬的去除率(见表3)。
表3不同温度条件下(℃)FeS对六价铬的去除率(％)
实施例3:
设计了以下柱实验，用来初步研究动态情况下FeS悬浊液去除模拟地下水中六价铬的应用。选择高30cm，内径8cm的有机玻璃柱，实验所用的填充材料为中砂(粒径在0.25～0.50mm之间)。实验开始前，先从上到下对玻璃柱进行饱水约两小时，之后将玻璃柱水平放置。然后在实验柱中部和底部分别注入20mL新制备的FeS悬浊液(25g/L)，对照实验则注入相同体积的去离子水。通过蠕动泵从左端分别注入10mg/L的六价铬溶液，流速为1ml/min。测定运行不同时间时的出口六价铬浓度，结果如图2所示。

Claims (7)

1.一种用于修复六价铬污染地下水的FeS的制备方法，其特征在于：(1)去离子水只进行无氧处理而无需进行pH调节；(2)试剂提纯过程无需惰性有机溶剂参与保护；(3)试剂无需干燥，以悬浊液保存于使用；(4)搅拌混合时间为20分钟。
2.根据权利要求1所述的用于修复六价铬污染地下水的FeS的制备方法，其特征在于，制备过程中，FeSO4·7H2O和Na2S·9H2O二者的质量比为49.2％：50.8％。
3.根据权利要求1或2所述的用于修复六价铬污染地下水的FeS的制备方法，其特征在于，FeS制备过程中，其控制温度为30℃。
4.根据权利要求1-3所述方法制备的FeS，用于修复六价铬污染地下水的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在地下水污染区域原本存在或打至少一口注入井；
(2)在地下水污染区域原本存在或打至少一口抽提井；
(3)将FeS悬浊液由注入泵通过注入井注入地下水中；
(4)同时开启抽提井，抽提速率与注入井注入速率一致。
5.根据权利要求4所述，用于修复六价铬污染地下水的FeS的使用方法，其特征在于步骤(1)中注入井、抽提井筛网上沿可高出地下水面0.1m，位于含水层的筛网整体须超过0.5m-1m。
6.根据权利要求4所述，用于修复六价铬污染地下水的FeS的使用方法，其特征在于步骤(1)，(2)中，井间距为1.5m-15m。
7.根据权利要求4所述，用于修复六价铬污染地下水的FeS的使用方法，其特征在于步骤(3)中，修复药剂可以一次，也可以分批次注入污染地下水中。
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