本发明属于生物质能源的利用以及水处理技术领域，具体涉及一种铁负载牦牛粪生物炭同步吸附水中砷和氟的方法。
背景技术
西藏地区水资源和水能资源十分丰富，西藏河流和湖泊的水源主要由雨水、冰雪融水和地下水组成，流量丰富，含沙量小，水质好。西藏地区居民生活用自来水多为未经处理的浅井水、河流水或冰川融水。但是经调查研究表明，西藏部分地区饮用水水质合格率整体较低，砷元素超标情况比较普遍，尤其是在广大农牧区，高砷水、高氟水等严重地影响着人体健康。部分地区天然水体氟元素最高值达到7.24mg/l，且温泉水中氟含量平均值4.62mg/l显著高于其它水体；砷含量平均值达到113.23μg/l，超过生活饮用水卫生标准(10μg/l)11倍之多，不适宜饮用。
此外，西藏地区的地热资源十分丰富，长期以来都被视为绿色能源加以开发利用。除发电外，在住房取暖、蔬菜温室、医疗、洗浴等方面都有广泛的应用。事实上，相对于化石等能源，地热能确实比较洁净，因而人们更易忽略其环境效应。大部分发电、洗浴之后的废水任意排放，特别是一些温泉或废井长年累月向地表水环境排泄，其对水环境的污染一直未能引起重视。西藏河流分布众多，地热水排出地表后直接汇入临近的河流，严重影响着河流水质。另外，当地居民会对未开发的地热水和河水直接利用，甚至饮用。氟(f)和砷(as)是地热水中两种典型的高浓度有害元素。在我国典型高温地热区羊八井地热水中f的质量浓度高达19.6mg/l，已经超过了who规定值的十几倍。as的质量浓度高达3.56mg/l，超过了饮水标准上限的350倍之多。地热水中的有害元素含量是如此高，人类若直接饮用受这些地热水影响的地表水或地下水，身体健康可能会受到不同程度的影响。
生物炭(biochar)是由生物质材料在无氧或限氧条件下高温热解而成的一类含碳量丰富的、纹理细腻的多孔状材料，其能够保持土壤的水分和肥力，是一种良好的土壤改良剂。常见的生物炭包括稻壳炭、秸秆炭、竹炭和由动物粪便制成的炭等。生物炭具有较大的比表面积和孔隙度，可溶性低，具有高度羧酸酯化和芳香化结构，是天然的吸附材料。目前，生物炭及其复合材料被广泛应用于吸附环境中的无机污染物(如重金属、氟等)和有机污染物。生物炭以其高度稳定性、比表面积大、吸附性能高和成本低的优点，常被应用于环境中重金属(cr3+、cr6+、cu2+、pb2+、hg2+、as3+、as5+等)的修复。西藏地区由于其特殊的地理环境，畜牧业比较发达，且牦牛是主要的家畜，所以牦牛粪资源非常丰富且易于收集。相对来说农林业废弃物资源较少且不易于收集。因此本发明以西藏地区特有的牦牛粪为原料，通过热解法将其制成比表面积比较大的生物炭材料，用浸渍法将铁离子负载到生物炭上，制成吸附性能较好的铁负载生物炭材料。然后用该铁负载牦牛粪生物炭吸附水中的氟和砷，通过调节ph，达到去除目的。本方法充分利用当地资源，为解决当地水中氟和砷超标问题提供技术支撑。
技术实现要素：
本发明涉及一种降低氟砷水处理成本的方法，利用丰富易得的西藏当地生物质资源牦牛粪，将其制成吸附性能较好的生物炭材料，并利用价格低廉的fecl2溶液制备铁负载牦牛粪生物炭，用该生物炭去除西藏水中的氟和砷，使其达到饮用或者排放标准。
本发明采用如下技术方案：
一种铁负载牦牛粪生物炭同步吸附水中砷和氟的方法，至少由如下过程组成：
1)牦牛粪通过热解方法制备生物炭；
2)牦牛粪生物炭负载铁；
3)铁负载牦牛粪生物炭吸附水中砷和氟。
所述步骤1)中牦牛粪在500-800℃下，以300-800℃/h的升温速率，在热解炉内放置1-5h后制成生物炭。
所述步骤2)中生物炭以固液比优选为1:10-1:20g/ml的比例加入0.1-0.6mol/lfecl2溶液中，用磁力搅拌器搅拌12-48h，每隔6-12h向溶液中加入naclo溶液，溶液ph维持在4-5，反应完成后过滤出的固体即为铁负载牦牛粪生物炭。
所述fecl2.4h2o与naclo优选以0.1mol:40ml的固液比加入。
所述步骤3)中将制备好的铁负载牦牛粪生物炭与含砷氟水以固液比优选1:50-1:150g/ml进行吸附。
所述吸附时间优选1-6h，吸附温度优选25-80℃。
所述含砷氟水优选ph5-6。
所述优选用hcl调节ph值。
具体说明如下：
西藏地区有丰富的牦牛粪资源，将其风干粉碎后在500-800℃下，以300-800℃/h的升温速率，在热解炉内放置1-5h后制成生物炭。然后以固液比为1g:10ml-1g:20ml的比例将生物炭加入到0.1-0.6mol/lfecl2溶液中，用磁力搅拌器搅拌12-48h，其间每隔6-12h以n(fecl2):v(naclo)＝0.1mol:40ml的比例向溶液中加入naclo溶液，并用hcl调节使溶液ph维持在4-5，反应完成后过滤出的固体即为铁负载牦牛粪生物炭。最后用铁负载牦牛粪生物炭与待处理含砷氟水以固液比1g:50ml-1g:150ml进行吸附，其中含砷氟水ph5-6，吸附时间1h-6h，吸附温度25-80℃。最终氟的去除率为90％-95％，砷的去除率为98％-100％。
本发明的有益效果是，将丰富易得的西藏当地生物质资源牦牛粪为原材料，制成吸附剂材料生物炭，并用价格低廉的fecl2溶液对其进行改性，制得吸附性能比较好的铁负载生物炭材料。用该生物炭在吸附温度25-80℃、ph5-6条件下吸附西藏含砷氟水中的氟和砷，使得氟的去除率达到90％-95％，砷的去除率达到98％-100％。本方法充分利用当地资源，为解决当地水中氟和砷超标问题提供技术支撑。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1：取20g牦牛粪，在500℃下，以800℃/h的升温速率，在热解炉内放置5h后制成生物炭，生物炭的收率为50％。将制得的生物炭以固液比为1g:20ml的比例加入到0.6mol/lfecl2溶液中，用磁力搅拌器搅拌12h，每隔6h以n(fecl2):v(naclo)＝0.1mol:40ml的比例向溶液中加入naclo溶液，并用hcl使溶液ph维持在4，反应完成过滤后获得铁负载牦牛粪生物炭。用hcl调节含砷氟水ph至5.0，铁负载牦牛粪生物炭与待处理含砷氟水以固液比1g:50ml进行吸附，吸附时间6h，吸附温度25℃。经吸附后，砷的去除率为98％，氟的去除率为95％。
实施例2：取20g牦牛粪，在600℃下，以600℃/h的升温速率，在热解炉内放置3h后制成生物炭，生物炭的收率为55％。将制得的生物炭以固液比为1g:15ml的比例加入到0.3mol/lfecl2溶液中，用磁力搅拌器搅拌24h，每隔8h以n(fecl2):v(naclo)＝0.1mol:40ml的比例向溶液中加入naclo溶液，用hcl使溶液ph维持在5，反应完成过滤后获得铁负载牦牛粪生物炭。用hcl调节含砷氟水ph至6.0，铁负载牦牛粪生物炭与待处理含砷氟水以固液比1g:150ml进行吸附，吸附时间3h，吸附温度50℃。经吸附后，砷的去除率为99％，氟的去除率为92％。
实施例3：取20g牦牛粪，在800℃下，以300℃/h的升温速率，在热解炉内放置1h后制成生物炭，生物炭的收率为60％。将制得的生物炭以固液比为1g:10ml的比例加入到0.1mol/lfecl2溶液中，用磁力搅拌器搅拌48h，每隔12h以n(fecl2):v(naclo)＝0.1mol:40ml的比例向溶液中加入naclo溶液，用hcl使溶液ph维持在5，反应完成过滤后获得铁负载牦牛粪生物炭。用hcl调节含砷氟水ph至5.0，铁负载牦牛粪生物炭与待处理含砷氟水以固液比1g:100ml进行吸附，吸附时间1h，吸附温度80℃。经吸附后，砷的去除率为100％，氟的去除率为90％。