CN115432802A - 一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地下水中有毒重金属元素和致癌物亚硝酸盐的处理领域，公开了一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，步骤如下：在搅拌条件下，将二价铁盐加入到含亚硝酸盐和亚砷酸盐的水中，以实现同步氧化降解及原位吸附去除水中有机砷。本发明的方法操作简单，性能高效，经济可行，易于在工程中大规模应用的利用二价铁盐同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法。本发明去除亚硝酸盐和亚砷酸盐效率高，在高浓度亚砷酸和亚硝酸污染的背景下，总砷去除率可达97.1％以上，低于《地下水质量标准》中规定的水中砷浓度Ⅲ类地下水质量限值和亚硝酸盐Ⅱ类地下水质量限值，处理后污水适用于集中式生活用水水源及工农业用水。
Description
技术领域
本发明属于地下水中有毒重金属元素和致癌物亚硝酸盐的处理领域，特别涉及一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法。
背景技术
砷在自然界中普遍以无机化合物的形式存在于各种矿物中。这些含砷矿物经过风化、河流的沉积等作用形成了富含砷的地带。由于采矿、冶炼和化工等过程中含砷废水、废渣的排放，也造成了地下水中砷含量的不断增加。砷为变价元素，研究表明砷的毒性高度依赖于其存在的化学形式。地下水环境中砷主要以无机砷形式存在，由于地下水特殊的厌氧环境，砷多以三价的形态，亚砷酸盐的形式存在于地下水中，造成地下水的砷污染。对于人体造成危害的主要是亚砷酸盐，如亚砷酸钠等三价砷酸盐，因此研究人员在实验中多应用毒性更强的亚砷酸盐(As(Ⅲ))来讨论砷化物的毒性效应。砷污染对人类健康的危害已广为人知，饮用受到砷污染的水源，会发生肺癌、皮肤癌、肾癌和肌肉萎缩等疾病。
地下水中亚硝酸盐对人及动物有多方面的危害，随着工农业的迅速发展，目前许多国家的地下水已受到亚硝酸盐的污染，并且有日益恶化的趋势，我国大部分地区已出现了一定程度的地下水亚硝酸盐污染。早在60年代初期，我国北方一些地区就出现有关“地下肥水”问题的报道，所谓“地下肥水”也就是受亚硝酸盐污染的地下水。根据1978年以来对近50个城市的调查，发现有21个城市的地下水受到硝酸盐的污染，其中污染严重的有10个城市。随着人口的增加和工业化进程的加速，地下水污染已经不是单一污染体系，多种污染源和污染组分共存的复杂体系给污染物的去除造成了巨大的困难。亚硝酸和亚砷酸均为地下水种常见的污染物，可以共存于同一地下水体中，造成亚硝酸和亚砷酸污染。我国最新《地下水质量标准》(GB14848-2017)中规定Ⅱ类地下水砷浓度限值为0.001mg/L，亚硝酸盐砷浓度限值为(以N计)0.10mg/L；Ⅲ类地下水砷浓度限值为0.01mg/L，亚硝酸盐砷浓度限值为(以N计)1.00mg/L。
已经有大量研究对水体亚硝酸和亚砷酸的去除进行了研究报道和方法设计，主要包括吸附剂吸附法、中和沉淀法、絮凝沉淀法和硫化物沉淀法等。中国专利申请号：200810226082.6，专利名称为：同时去除水中砷和氟污染物的电化学反应器及方法，该方法使用电极法对砷污染进行处理，功耗大成本高，电极板消耗率大，设备利用率较低。中国专利申请号：202210512645.8，专利名称为：一种含敏感共存物的地下水的铁电极电絮凝除砷方法，该方法将絮凝沉淀法和电极法结合，但需要通过铁电极电解絮凝、静置沉降、排水或回灌等过程，其步骤繁琐，工程投入高，成本较大。中国专利申请号：201110351694.X，专利名称为：Pd/Fe3O4催化剂用于除去水溶液中硝酸根或亚硝酸根的应用，该方法使用Pd/Fe3O4催化的方法，可以在较大范围的pH条件下对亚硝酸盐进行原为去除，但是催化剂制备工艺较高，步骤繁琐，实施难度较大。中国专利申请号：201910090467.2，专利名称为：一种可渗透性反应墙及地下水污染原位生物修复方法，该方法使用爆气法对地下水亚硝酸盐进行去除，但反应墙的修筑需要进行较高的工程投入。其他有关砷或亚硝酸盐的去除技术都存在效率低，费用较高等问题。
由于亚硝酸和亚砷酸混合污染组分复杂，常见的方法很难高效的去除混合污染物。截止目前，已经公开报道中尚未出现针对地下水亚硝酸和亚砷酸的同步处理的方法或技术。亚铁体系中亚铁氧化过程使得污水种亚硝酸盐氧化为硝酸盐，同时产生具有强氧化性的超氧自由基、过氧化氢和硝酸根自由基和/或中间态四价铁(Fe(IV))，这些自由基将亚砷酸中的三价砷氧化为五价砷，并且二价铁氧化过程中生成的三价铁离子可在地下水环境中产生的水铁矿，对水体中的污染物进行吸附。相比于其他处理工艺，二价铁去除污染物的方法，具有所用时间短，可行性工艺简单，成本降低等优势。
发明内容
本发明针对地下水中的亚硝酸和亚砷酸污染物，尤其是针对现阶段难以实现的地下水中亚硝酸和亚砷酸污染物同步去除的问题，而提供一种操作简单，性能高效，经济可行，易于大规模应用的利用二价铁盐同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法。
本发明的技术方案：
一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，步骤如下：
在搅拌条件下，将二价铁盐加入到含亚硝酸盐和亚砷酸盐的水中，以实现同步氧化降解及原位吸附去除水中有机砷；
其中，反应温度为24～27℃，反应体系的pH值控制在6～8.5范围。
二价铁盐中二价铁的浓度为50～800mg/L。
进一步，所述的搅拌条件：转速为300r/min，搅拌时间为70min。
进一步，所述的亚硝酸盐为亚硝酸钠和/或亚硝酸钾，亚硝酸盐中亚硝酸根以N计的浓度为1～50mg/L。
进一步，所述亚砷酸盐为亚砷酸钠和/或亚砷酸钾，所述亚砷酸盐中亚砷的浓度为1mg/L。
进一步，所述的二价铁盐为氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
本发明方案的原理：
本发明在近中性条件的溶液中，二价铁离子(Fe2+)在氧化过程中将亚硝酸盐还原为硝酸盐，去除水中亚硝酸盐污染。二价铁离子(Fe2+)还原亚硝酸盐和自身氧化的过程中产生强氧化性超氧自由基、过氧化氢和硝酸根自由基和/或中间态四价铁(Fe(IV))，进而将具有高毒性的亚砷酸根(As(Ⅲ))氧化，最终变成无机的五价砷(As(V))，二价铁离子同时被氧化生成三价铁离子，三价铁离子在水环境中水解生成富含羟基基团的羟基氧化铁(FeOOH)(水铁矿)，原位产生的无定型羟基氧化铁可快速高效地将五价砷(As(V))和少量未被氧化的三价砷(As(Ⅲ))通过静电引力及羟基键合作用吸附在水铁矿自身表面，将砷从水相分离去除，净化水质。
本发明的有益效果：
一、本发明采用二价铁盐同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，无需额外光照，无需加热，无需添加辅助试剂，体系自身就可以产生高氧化活性中间价态铁和/或自由基，将亚硝酸去除的同时将亚砷酸根氧化，与此同时生成的水铁矿吸附的无机砷，将砷从水体中剥离。
二、本发明采用二价铁盐同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，无需额外投加吸附剂，体系自身就会原位产生羟基氧化铁吸附剂，原位产生的羟基氧化铁富含羟基，粒径较小，比表面积大，能高效吸附去除亚砷酸盐，同时具有去除水中亚硝酸盐的能力。
三、发明所采用的原料亚铁盐(二价铁盐)，价格低廉，物理化学性能稳定，易于运输和储存。原料无需预处理，可直接投加到水体，无需额外增加设备，节省空间，不改变水厂原有处理工艺，易于操作，能够进行大规模应用。
四、本发明可应用于常规处理工艺的预处理，混凝等环节，也可用于含膜工艺水厂的膜滤前端环节，适用范围广。
五、本发明可直接应用于中性的含水体亚硝酸盐和亚砷酸盐污染而无需调节pH，与其他先降低pH氧化无机砷再升高pH吸附砷方法相比，节约成本，尤其适用于给水厂含砷水源水的处理。
六、本发明去除亚硝酸盐和亚砷酸盐效率高，在高浓度亚砷酸和亚硝酸污染的背景下，总砷去除率可达99.69％，亚硝酸盐去除率可达99.39％，处理后的水体砷浓度和亚硝酸盐浓度低于《地下水质量标准》(GB14848-2017)中规定的水中砷浓度Ⅲ类地下水质量限值(0.01mg/L)和亚硝酸盐Ⅱ类地下水质量限值(以N计：1mg/L)，处理后污水适用于集中式生活用水水源及工农业用水；所用时间短，仅60分钟内即可达到稳定高效的去除效果。
附图说明
图1A和B分别为本发明实施例1-6中在不同pH条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应二价铁和在液相和亚硝酸盐动力学图；
图1C和D分别为本发明实施例1-6中在不同pH条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应三价砷在液相和固液相中动力学图；
图1E和F分别为本发明实施例1-6中在不同pH条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应总砷在液相和固液相中动力学图；
图2A和B分别为本发明实施例7-10中在pH＝7.5，不同亚硝酸盐浓度条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应二价铁和在液相和亚硝酸盐动力学图；
图2C和D分别为本发明实施例7-10中在pH＝7.5，不同亚硝酸盐浓度条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应三价砷在液相和固液相中动力学图；
图2E和F分别为本发明实施例7-10中在pH＝7.5，不同亚硝酸盐浓度条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应总砷在液相和固液相中动力学图；
图3A和B分别为本发明实施例11-14中在pH＝7.5，亚硝酸盐浓度为0.6Mm,不同亚铁离子浓度条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应二价铁和在液相和亚硝酸盐动力学图；
图3C和D分别为本发明实施例11-14中在pH＝7.5，亚硝酸盐浓度为0.6Mm,不同亚铁离子浓度条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应三价砷在液相和固液相中动力学图；
图3E和F分别为本发明实施例11-14中在pH＝7.5，亚硝酸盐浓度为0.6Mm,不同亚铁离子浓度条件下，二价铁去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染反应总砷在液相和固液相中动力学图。
图4是不同浓度亚铁盐对亚砷酸和亚硝酸盐去除效果图。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的目的针对水中的亚硝酸盐和亚砷酸盐污染，尤其是无法实现大规模地下水体中的无机砷和亚硝酸盐同步去除的问题，提供一种操作简单，性能高效，经济可行，易于在工程中大规模应用的利用亚铁盐同步去除水中亚砷酸和亚硝酸的方法。
具体实施方式：本实施方式的一种同步去除水体亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法和应用，它是按照以下步骤进行的：
将亚铁盐加入到含亚砷酸和亚硝酸的水中，以实现同步氧化降解及原位吸附去除水中亚砷酸和亚硝酸，其中所述亚硝酸盐中亚硝酸根的浓度为：1～50mg/L，亚铁盐中亚铁的浓度为：50～800mg/L。
本实施方式中，总砷和亚砷浓度可采用原子荧光光度计(AFS)检测，亚硝酸根测定可采用紫外-可见光分光光度计检测。
本实施方式采用亚铁盐(Fe2+)同步处理亚硝酸盐和亚砷酸盐，将亚铁盐直接加入到含亚砷酸盐和亚硝酸盐的污水中进行搅拌处理。亚铁盐用量根据水中亚砷酸盐和亚硝酸盐的浓度而定。含亚砷酸盐和亚硝酸盐废水的控制在6～8.5范围，优选的pH为7.5。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为6.0，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为1.323mg/L降解率73.53％，亚砷酸根浓度为0.252mg/L降解率74.83％，总砷浓度为0.285mg/L，亚铁离子浓度28.295mg/L消耗率71.71％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.290mg/L降解率70.87％。
实施例2：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为6.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为1.100mg/L降解率78.04％，亚砷酸根浓度为0.225mg/L降解率77.51％，总砷浓度为0.266mg/L，亚铁离子浓度25.622mg/L消耗率74.43％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.260mg/L降解率73.99％。
实施例3：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.0，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.967mg/L降解率80.79％，亚砷酸根浓度为0.081mg/L降解率91.96％，总砷度浓为0.195mg/L，亚铁离子浓度21.968mg/L消耗率78.08％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.118mg/L降解率88.24％。
实施例4：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.567mg/L降解率88.67％，亚砷酸根浓度为0.006mg/L降解率99.39％，总砷浓度为0.102mg/L，亚铁离子浓度15.476mg/L消耗率84.53％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.045mg/L降解率95.46％。
实施例5：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为8.0，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为1.110mg/L降解率78.02％，亚砷酸根浓度为0.080mg/L降解率92.01％，总砷浓度为0.232mg/L，亚铁离子浓度24.424mg/L消耗率75.66％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.021mg/L降解率79.40％。
实施例6：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为8.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为1.194mg/L降解率76.14％，亚砷酸根浓度为0.205mg/L降解率79.52％，总砷浓度为0.303mg/L，亚铁离子浓度27.124mg/L消耗率72.45％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.259mg/L降解率74.45％。
结果如图1所示，在亚铁离子浓度为100mg/L，亚硝酸根浓度为5mg/L，亚砷酸根浓度为1mg/L的条件下，选取pH为6.0，6.5，7.0，7.5，8.0和8.5的反应条件，对比液相和固液相三价砷及总砷浓度发现，亚铁离子对亚硝酸盐的去除均有较好的效果，在反应40min时接近达到反应平衡。与此同时，三价砷的浓度也显著降低，结合液相体系和固相体系的三价砷与总砷去除效果发现，亚铁离子在去除水体中亚硝酸盐的同时，将水体中三价砷氧化，并且随着亚铁的氧化，产生水铁矿，对水体中的砷进行吸附，砷从液相转移至固相，达到对水体的砷的氧化吸附同步进行的效果。通过对比不同pH条件，其中二价铁离子，亚硝酸盐浓度(以N计)和亚砷酸盐离子浓度(mg/L)比为100:5:1，在pH为7.5的条件下亚铁对亚硝酸和亚砷酸的去除效果最佳。
实施例7：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和1mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.081mg/L降解率89.934％，亚砷酸根浓度为0.007mg/L降解率99.31％，总砷浓度为0.120mg/L，亚铁离子浓度35.875mg/L消耗率64.14％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.017mg/L降解率98.31％。
实施例8：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和15mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为2.484mg/L降解率83.44％，亚砷酸根浓度为0.008mg/L降解率99.24％，总砷总度为0.067mg/L，亚铁离子浓度6.355mg/L消耗率93.62％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.044mg/L降解率95.62％。
实施例9：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和30mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为7.874mg/L降解率73.75％，亚砷酸根浓度为0.005mg/L降解率99.47％，总砷浓度为0.054mg/L，亚铁离子浓度3.884mg/L消耗率96.11％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.039mg/L降解率96.14％。
实施例10：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含100mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mgAs(Ⅲ)和50mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为19.564mg/L降解率73.75％，亚砷酸根浓度为0.008mg/L降解率99.19％，总砷浓度为0.059mg/L，亚铁离子浓度3.331mg/L消耗率96.67％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.018mg/L降解率98.22％。
如图2所示，总结实施例1～6的结果，在pH为7.5的条件下进行亚铁同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐。实施例7～10对比不同浓度亚硝酸根条件下亚铁离子对水体中亚硝酸盐和亚砷酸盐的同步去除效果。结果发现，随着亚硝酸投加量的增加，亚铁离子的消耗量增大，亚铁对亚硝酸的去除率降低。在二价铁离子和亚砷酸盐离子浓度(mg/L)比为100:1的条件下，亚硝酸浓度的增加液相中亚砷酸盐的去除率无显著变化，但是液相中总砷的浓度下降显著。亚铁离子浓度不变导致体系中产生的超氧自由基、过氧化氢和和/或中间态四价铁(Fe(IV))含量不发生显著变化。二价铁离子和亚硝酸根产生的硝酸根自由基，可能由于亚硝酸盐浓度的上升而提高，然而通过液相体系亚砷酸(As(Ⅲ))浓度无显著变化可以发现，体系中二价铁离子产生的超氧自由基、过氧化氢和和/或中间态四价铁(Fe(IV))是将As(Ⅲ)氧化的主要原因是。与此同时，亚硝酸盐大量消耗二价铁离子，使得液相中三价铁离子浓度增大，进而产生更多的羟基氧化铁(水铁矿)，吸附更多液相中的砷和亚硝酸盐。综上可知在二价铁同步去除亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的过程中，二价铁离子是去除液相中污染的主要因素。
实施例11：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含50mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.853mg/L降解率82.93％，亚砷酸根浓度为0.011mg/L降解率98.94％，总砷浓度为0.120mg/L，亚铁离子浓度4.676mg/L消耗率90.66％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.049mg/L降解率95.07％。
实施例12：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含200mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.367mg/L降解率98.93％，亚砷酸根浓度为0.006mg/L降解率99.43％，总砷浓度为0.008mg/L，亚铁离子浓度32.653mg/L消耗率83.67％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.041mg/L降解率95.91％。
实施例13：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含400mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.053mg/L降解率98.93％，亚砷酸根浓度为0.002mg/L降解率99.77％，总砷浓度为0.007mg/L，亚铁离子浓度99.241mg/L消耗率75.19％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.040mg/L降解率96.01％。
实施例14：
本实施例的一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，包括以下步骤：将含800mg二价铁的亚铁盐加入到体积为1L的含1mg As(Ⅲ)和5mg亚硝酸根(以N计)的水中，pH为7.5，温度为24～27℃，搅拌转速为300r/min，搅拌70min，样品经0.22μm醋酸纤维膜过滤，完全过滤水体中固相物质。向过滤得到的固液相样品中滴加盐酸，将固相样品完全溶解后测试，与液相样品固液相亚砷酸及总砷浓度对比计算，得到固液相亚砷酸及总砷浓度。经检测液相中，亚硝酸盐浓度(以N计)为0.030mg/L降解率99.39％，亚砷酸根浓度为0.002mg/L降解率99.78％，总砷浓度为0.003mg/L，亚铁离子浓度320.487mg/L消耗率59.94％。经检测固液相中，亚砷酸盐浓度为0.027mg/L降解率97.30％。
如图3所示，总结实施例1～10的结果，在pH为7.5，亚硝酸盐浓度(以N计)为5mg/L，As(Ⅲ)浓度为1mg/L的条件下进行亚铁浓度为50mg/L，200mg/L，400mg/L和800mg/L的同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐实验。随着水体中亚铁浓度的增加，亚硝酸盐迅速氧化去除。加大的亚铁的投加使得液相中亚砷酸和总砷的去除效率加快，液相中总砷去除最快在约40min可达到反应平衡，水体中亚铁增加的同时其消耗量随之增大，可以生成更多的水铁矿，更快的将水体中的砷吸附于矿物固相表面，加速水中砷的吸附。
如图3B和3E所示，实施例14中，在二价铁离子浓度，亚硝酸盐浓度(以N计)和亚砷酸盐离子浓度(mg/L)比为800:5:1，在反应约40min时液相总砷浓度为0.003mg/L，亚硝酸盐浓度为0.030mg/L，该二价铁投加比例可以短时间将水体中高污染浓度砷和亚硝酸盐污染去除。最终水体中亚硝酸盐和亚砷酸盐低于《地下水质量标准》(GB14848-2017)中规定的水中砷浓度Ⅲ类地下水质量限值(0.01mg/L)和亚硝酸盐Ⅱ类地下水质量限值(以N计：1mg/L)，处理后污水适用于集中式生活用水水源及工农业用水。向水体中投加亚铁离子可以更快的去除水体中亚硝酸和亚砷酸污染，并且去除效率更高。
综合全部实验例，考虑到二价铁盐投加的经济成本，有效利用和物料节约的问题。在亚硝酸盐浓度(以N计)和亚砷酸盐离子浓度(mg/L)比为5:1时，以二价铁离子浓度在亚硝酸盐浓度(以N计)和亚砷酸盐离子浓度(mg/L)比为400:5:1～800:5:1的投放比例，可以对地下水中高浓度的亚砷酸盐和亚硝酸盐污染有效的去除，可以使得地下水达到Ⅱ类地下水质。亚铁离子可以有效的去除水体中亚硝酸和亚砷酸复合污染，并且针对具有较高浓度的地下水亚硝酸和亚砷酸污染体系，可以通过增加亚铁的投加进行污染物的高效去除，方法简单，便于操作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种同步去除地下水中亚硝酸盐和亚砷酸盐污染的方法，其特征在于，步骤如下：
在搅拌条件下，将二价铁盐加入到含亚硝酸盐和亚砷酸盐的水中，以实现同步氧化降解及原位吸附去除水中有机砷；
其中，反应温度为24～27℃，反应体系的pH值控制在6～8.5范围；
二价铁盐中二价铁的浓度为50～800mg/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的搅拌条件：转速为300r/min，搅拌时间为70min。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的亚硝酸盐为亚硝酸钠和/或亚硝酸钾，亚硝酸盐中亚硝酸根以N计的浓度为1～50mg/L。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述亚砷酸盐为亚砷酸钠和/或亚砷酸钾，所述亚砷酸盐中亚砷的浓度为1mg/L。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述亚砷酸盐为亚砷酸钠和/或亚砷酸钾，所述亚砷酸盐中亚砷的浓度为1mg/L。
6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，所述的二价铁盐为氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的二价铁盐为氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的二价铁盐为氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
Priority Applications (1)
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2022
- 2022-09-16 CN CN202211127772.2A patent/CN115432802A/zh active Pending
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