论文部分内容阅读
砷(Arsenic)是环境中广泛存在并对人类具有极强毒性的元素，地下水中的砷污染问题已经成为国际社会广泛关注的环境问题之一。厌氧水体环境中，硫化铁矿物分布广泛，含量丰富，对As的地球化学循环起着非常重要的作用，但目前关于硫化铁矿物对As固持作用的机理研究还不够完善。本研究通过液相分析和固相表征结合的方式，比较了FeS-As(Ⅲ)和FeS-As(Ⅴ)共沉淀体系对As的固持作用与影响因素的异同，并分析了在硫化铁矿物厌氧转化过程中，As的迁移和形态变化，初步阐明了厌氧环境下硫化铁矿物对As的固持规律和作用机理。主要开展了两方面的工作:(1)室温厌氧环境中，FeS-As共沉淀体系对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的固持作用及其影响因素研究;(2)硫化铁矿物厌氧转化过程中，As的形态变化和迁移规律研究。主要取得了以下几点研究成果:
(1)在中性的厌氧环境条件下，FeS-As共沉淀体系对较宽浓度范围内的As都具有明显的图持作用，对As(Ⅲ)的固持作用比As(Ⅴ)更强。这种固持作用会受到pH条件变化的影响，总体来说，在酸性条件下表现出更大的固持量，FeS-As(Ⅴ)共沉淀体系受到酸碱条件的影响比FeS-As(Ⅲ)更加明显。共存的PO43-和SiO32-对体系的固持行为也有明显影响，在As浓度相对较小时，主要起抑制固持的作用，丽在As浓度相对较高时，主要起促进固持的作用。
(2)不同pH条件下的样品在平衡72小时后，固相会有所不同:在中性到碱性条件下，主要以不同结晶程度的马基诺矿(mackinawite，FeS)为主，对As(Ⅲ)的固持作用比As(Ⅴ)强;而酸性条件下，固相以硫复铁矿(greigite，Fe3S4)为主，对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的固持量都更高。说明酸碱条件的影响与固相物质的赋存形式有关。
(3)FeS-As共沉淀体系在厌氧环境中会向更稳定的硫化铁矿物形式转化，转化的程度与产物主要取决于所处的环境条件:在酸性条件下，硫化铁矿物转化快，80℃转化从硫复铁矿(greigite)开始，90天内基本可以完全转化成为黄铁矿(pyrite，FeS2);在中性条件下，转化从马基诺矿(mackinawite)开始，在90天时部分样品能够完全转化，部分样品中硫复铁矿(greigite)与黄铁矿(pyrite)共存;碱性条件下，硫化物的转化程度较低，90天对于碱性样品的转化来说，可能只是开端。
(4)在固相硫化铁矿物厌氧转化过程中，共沉淀中的As也发生了迁移和转化。由于在同等条件下当马基诺矿(mackinawite)还没有完全结晶，处于无定型硫化亚铁(FeSm)的时候，固定能力相对结晶的马基诺矿（mackinawite）较强，而硫复铁矿(greigite)对As的固定能力更要明显超过马基诺矿(mackinawite)和黄铁矿（pyrite）。所以在固相中的硫化铁矿物由无定型硫化亚铁(FeSam)向黄铁矿(pyrite)转化时，共沉淀中的As会经历释放—固定—再释放的一系列过程。在这样的过程中，As(Ⅴ)明显还原，As(Ⅲ)在碱性条件下有部分氧化。As氧化和还原的速度和程度与都硫化物的转化相关。