S2-对河砂吸附砷的影响及其作用机理

水体中S2-与砷(As)的迁移富集密切相关, 但不同含水介质中其作用机理尚不明确。为了查明潜流带中常见含水介质河砂在S2-作用下对As的吸附特征, 设计并开展了As在河砂上的吸附动力学实验, 以及S2-作用下河砂对As的吸附实验, 结合PHREEQC模拟计算, XRD、SEM-EDS、XPS和FTIR等表征测试技术, 进一步识别其作用机理。结果表明: 固液比为25 g/L情况下, 河砂对As的吸附在200 h左右达到吸附平衡, 且对As(Ⅴ)的吸附量明显高于As(Ⅲ); 随着S2-浓度的增加, 河砂对As吸附能力逐渐减弱; 模拟及表征测试结果显示, 少量As被吸附在河砂表面, 主要与其表面的Fe、Al结合, 其中As(Ⅲ)的吸附可能还与Si-O键断裂后与S2-结合形成的SiS₂有关。S2-对河砂吸附As的主要影响机理为: ①S2-的加入使得溶液pH值升高、Eh值降低, 从而抑制了As的吸附; ②添加S2-条件下河砂表面的Fe、Al等能与S和As形成AlAs、AlAsO₄、FeS₂及Fe₄As₂O₁₁等化合物, 减少了河砂表面吸附As的活性位点。研究结果有助于丰富As-S作用机理, 以及As在地下水环境中迁移过程的认识。      

流速及介质粒径对As(Ⅲ)迁移影响的实验研究

为了解潜流带中地下水流速和介质颗粒对As（Ⅲ）迁移的影响,选用天然河砂为介质,配制地下水含As（Ⅲ）模拟液,开展室内批实验和动态柱实验并进行表征分析,探讨流速和介质粒径对As（Ⅲ）迁移的影响及机制.结果发现：（1）粒径越小的河砂与As（Ⅲ）相互作用平衡时间越长,As（Ⅲ）的单位吸附量（Qe）随着河砂粒径的增大而减小（0.15～0.18 mm的粒径河砂除外）,单层最大吸附量（Qm）随着粒径的增大呈减小趋势;（2）As（Ⅲ）在河砂上的迁移行为表现出明显的粒径和流速效应;一方面,河砂粒径越小,比表面积越大,增加了水-砂相互作用时间和限制了地下水冲洗速度,不利于As（Ⅲ）在河砂中的迁移;另一方面,流速越大导致空隙通道内的水力剪切力增强,紊流强度的提高减小了滞留边界层厚度,利于As（Ⅲ）在河砂中的迁移.     

水动力因素对砷在河砂中迁移影响的柱试验与模拟

河岸带作为一种典型的地下水-地表水相互作用带,不同水动力学条件下砷在该作用带中的行为较少有研究报道。基于此,采集河岸带河砂开展室内柱试验,分析不同水动力因素（包括流速和粒径）对砷在河砂中迁移的影响并建立相关模型。结果表明:(1) 0.5 mL/min流速下,河砂对As(V)的吸附速度和达到平衡所需的时间均比As(III)快,且粒径越小,该现象越明显;1.0 mL/min流速下,不同粒径的河砂对As(V)的吸附速度随粒径的增大而增大,对As(III)的吸附则没有明显差异;(2) 相同粒径的填充柱中,河砂对As(III)和As(V)的吸附能力均随流速的增加而降低;(3)不同流速和粒径条件下,As(III)和As(V)在砂柱中的迁移过程均更符合Thomas模型,拟合R2高于相同条件下Yoon-Nelson和Adams-Bohart模型。其中,低流速下,Thomas模型对0.15～0.25 mm粒径中As(III)和As(V)迁移过程拟合的R2（≥0.94）显著优于1.00～2.00 mm的较大粒径;高流速下,该模型对不同粒径中砷迁移过程的拟合R2差异不大。研究有助于加深对地下水-地表水相互作用下水动力因素对砷迁移转化规律影响的认识,并丰富和完善高砷地下水形成的机制理论。