摘 要

本文介绍了砷污染，可渗透反应墙及其发展应用，通过实验验证PRB技术处理砷污染地下水的可行性，并探究了影响处理效果的相关因素。同时，还利用扫描电镜（SEM）、比表面积测试（BET）、X射线荧光（XRF）等高级测试技术对负载锰矿进行了测试，得到了一系列表征结果，从而可以分析负载锰矿的除砷原理，并为更好地将这一技术运用到实际工程中做深入探究。

实验中的负载锰矿用天然锰矿，石英砂，水泥和实验室纯水以一定比例混合而成，为了更深入地了解其除砷行为，通过设置多组实验，改变其实验条件，得到不同状态下其除砷的效果来评价其除砷性能。例如，负载锰矿对砷的去除效率会随处理时间的继续而改变，特别是后期效率下降的趋势更能体现负载锰矿的饱和性，这关系到锰矿使用年限和更换周期。此外，实验采用电镜扫描观察到负载锰矿吸附砷前后的微观变化，采用比表面积测试得到其天然锰矿比表面积，进一步解释其吸附作用的机理和优良吸附性能。

本文的重点是研究负载锰矿对废水中砷的吸附效果，旨在将锰矿这一经济的矿物应用到实际污水处理工程中，降低污水处理成本，同时提高普通污水除砷工艺的效果，给砷污染领域水处理带来实质性的影响。

关键词：砷；负载锰矿；PRB；地下水

Abstract

In this thesis, arsenic pollution, permeable reactive barrier and its development and application are all introduced.It verified feasibility of PRB technology to deal with arsenic contaminated groundwater and explored the factors affecting treatment efficiency through the experiment.At the same time, specific surface area of the test (BET), scanning electron microscopy (SEM)and X-ray diffraction (XRD) testing technology are used to characterize the material.The results are used to analyze the arsenic removal principle of manganese ore and do further research to better apply this technique to practical engineering.

The natural manganese ore, quartz sand cement and pure water are used to synthesize the manganese ore in a certain proportion.In order to deeply understand the arsenic removal behavior, setting up multiple sets of experiment of different experimental condition to evaluate the effect of the arsenic removal performance.Manganese ore of arsenic removal efficiency will change with processing time passing, for instance, especially the trend of late can reflect the saturation of manganese ore which is related to the service life and replacement cycle of manganese ore. In addition, the experiment using SEM and BET to observe microscopic changes before and after the adsorption of arsenic and test the specific surface area for further explain the mechanism of the adsorption and excellent adsorption performance.

The focus of this article is to study the effect of manganese ore of arsenic adsorption in waste water, aiming at applying the economical mineral-manganese ore into the wastewater treatment engineering to reduce the costing and improve efficiency, which will bring substantial effect to the field of water treatment for arsenic pollution.

Key words: arsenic；manganese ore；PRB；underground water

目录

第1章 绪论 1

1.1砷的基本性质 1

1.1.1砷元素简介 1

1.1.2砷污染危害 1

1.1.3国内外砷污染现状 1

1.2地下水处理技术应用介绍 2

1.2.1地下水污染处理技术 2

1.2.2PRB技术发展状况 2

1.3研究项目 3

1.3.1选题意义 3

1.3.2研究内容和技术 3

第2章 主要实验仪器及方法 5

2.1样品处理步骤 5

2.2样品测定 6

2.3原子荧光光度计测砷注意事项 6

2.4 本章小结 7

第3章 负载锰矿除砷影响因素 8

3.1反应时间对负载锰矿除砷效率的影响 8

3.1.1实验步骤 8

3.1.2实验过程分析 9

3.1.3结果与讨论 10

3.2反应温度对负载锰矿除砷效率的影响 11

3.2.1实验步骤 11

3.2.2结果讨论与分析 11

3.3投加量对锰矿除砷效率的影响 12

3.3.1实验步骤 12

3.3.2结果分析与讨论 12

3.4pH值对负载锰矿除砷效率的影响 13

3.4.1实验步骤 13

3.4.2结果分析与讨论 13

3.5初始砷浓度对负载锰矿除砷效率的影响 14

3.5.1实验步骤 14

3.5.2结果分析与讨论 14

3.6共同离子对负载锰矿除砷效率的影响 15

3.6.1实验步骤 16

3.6.2结果分析与讨论 16

3.6 本章小结 17

第4章 锰矿的表征及其除砷机理 18

4.1X射线荧光分析（XRF） 18

4.1.1实验材料和仪器 18

4.1.2结果与讨论 18

4.2比表面积测试（BET） 19

4.2.1 实验材料与仪器 19

4.2.2 结果与讨论 19

4.3 扫描电镜（SEM） 19

4.3.1 实验材料与仪器 19

4.3.2 结果与讨论 19

4.4本章小结 20

第5章 PRB系统的设计运行与材料评价 21

5.1 PRB装置设计与运行效果评价 21

5.2 PRB-负载锰矿材料寿命评估 21

5.3 PRB-负载锰矿材料安全评价 22

5.3.1 材料与实验方法 22

5.3.2 结果与分析 22

5.4本章小结 23

第6章 结论与展望 24

6.1实验结论 24

6.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1砷的基本性质

1.1.1砷元素简介

砷的化学符号是As，原子序数是33。环境中的砷多是 5、 3、0和-3价态，且主要为正五价As（V）和正三价As（III），其形态有无机和有机两种，无机态主要以无机盐、砒霜（As₂O₃）、雄黄（AsS，AsS₂，As₄S₄）、雌黄（As₂S₃）和毒砂（FeAs_S）等硫砷化合物形式存在。砷是240多种矿物的主要组成元素，例如硫砷铁矿、雄黄和砷石，却很少发现单质砷。此外，金属砷化物的量也很大，最常见的是金属硫化物矿石或金属砷酸盐，例如含Co、Fe、Ni、Cu等的金属砷化物。砷的同素异形体有灰、黄、黑三种，其在自然界不同生态环境中含量为：地壳1.8ppm，土壤6ppm，海水3.7ppb，淡水各地差异大，均值0.5ppb。砷的用途包括用于生产农药、木材防腐剂、玻璃、颜料等物质和材料。

1.1.2砷污染危害