【摘 要】
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地下水砷污染是我国乃至全球亟待解决的环境问题之一。本试验采用生物法(A.ferrooxidans LX5氧化Fe(II))和化学法(H2O2或KMn O4氧化Fe(II))合成施氏矿物,在探究三种方法制备的施氏矿物对地下水砷去除的基础上,分析了矿物除砷过程对地下水K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-的影响,以载有生物成因施氏矿物填料球为主要吸附载体的柱状装置对实际地下水开展地下水动
【基金项目】
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山西省重点研发计划项目(NO.201803D221002-2); 山西省“1331工程”资助项目(NO.20211331-15);
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地下水砷污染是我国乃至全球亟待解决的环境问题之一。本试验采用生物法(A.ferrooxidans LX5氧化Fe(II))和化学法(H2O2或KMn O4氧化Fe(II))合成施氏矿物,在探究三种方法制备的施氏矿物对地下水砷去除的基础上,分析了矿物除砷过程对地下水K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-的影响,以载有生物成因施氏矿物填料球为主要吸附载体的柱状装置对实际地下水开展地下水动态除砷研究,并利用除砷后地下水进行黑麦草水培试验,探究除砷后地下水对黑麦草生长的影响。主要研究结果如下:(1)施氏矿物作用于地下水1 h时,地下水p H呈小幅下降趋势,反应24 h后,体系p H与原始地下水相较无显著差异。三种方法制备的施氏矿物中,生物法制备的施氏矿物对砷的去除效果最好,当地下水原始砷浓度为34.85-39.96μg·L-1,施氏矿物添加量为0.125 g·L-1时,反应至24 h时,生物成因施氏矿物对砷的吸附量为H2O2化学法、KMn O4化学法制备所得施氏矿物的1.17倍与5.44倍。生物法制备的施氏矿物除砷24 h后,K+浓度升高~3 mg·L-1,Na+、Ca2+、Mg2+浓度均无显著影响,其波动范围分别为1.7%-2.4%、0.7%-9.4%、1.6%-1.7%,Cl-和SO42-浓度升高0.17-0.27倍与0.10-0.55倍。H2O2法制备的施氏矿物除砷24 h后,K+浓度波动值为0.78 mg·L-1,Na+、Ca2+、Mg2+浓度均无显著影响,波动范围分别为2.5%-4.2%、3.6%-10.9%、2.6%-4.4%,Cl-和SO42-浓度升高0.14-0.15倍与0.07-0.21倍。KMn O4法制备的施氏矿物除砷24 h后,K+浓度波动值为0.32 mg·L-1,Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-浓度无显著影响,波动范围分别为9.2%-11.7%、0.1%-7.9%、2.7%-4.4%、6.1%-10.6%,SO42-浓度升高0.04-0.12倍。(2)以载有生物成因施氏矿物填料球为主要吸附载体的柱状装置对含砷地下水具有较好的处理效果。当进水流速为2 m L·min-1时,该装置对砷的去除效果最好,且最稳定。采用该流速,利用该装置对地下水进行为期42 d的除砷研究。研究发现,矿物除砷过程中,对地下水p H值影响不显著;对地下水Na+、Mg2+、Cl-浓度影响不显著,相应离子浓度波动范围为2.0%-5.0%,0.2%-13.7%,及4.1%-13.3%;1-3 d时Ca2+浓度波动范围为8.7%-25.1%;SO42-浓度升高幅度最为明显。反应至31-42 d,装置中施氏矿物有向针铁矿和黄钠铁矾相变的趋势。(3)利用原始地下水(砷浓度为34.85μg·L-1)及砷去除地下水(砷浓度为20.23、7.35、3.02与1.03μg·L-1)对黑麦草开展水培试验,发现当地下水中砷浓度分别为34.85、20.23、7.35、3.02与1.03μg·L-1时,各体系黑麦草种子发芽率分别为77.5%、72.5%、67.5%、77.5%及80.0%。黑麦草中砷在根部的分布远大于根上部,根部和根上部中砷的含量均随着砷浓度的增加而增加,且根部的富集量是根上部的2.90-3.71倍。砷去除地下水水培所得黑麦草超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)与过氧化氢酶(CAT)活性均高于原始地下水对照组。本研究结果可为施氏矿物地下水除砷及除砷后地下水的应用提供一定的参数支撑。
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