地下水污染修復中的PRB技術研究

熊雪萍，李福林，陳學群

（1.山東建筑大學 市政與環境工程學院，濟南 250101；2.山東省水利科學研究院，濟南 250013）

地下水是地球上數量豐富、分布廣泛的淡水資源，對于人類生產、生活有著重要意義。然而，隨著大量工農業廢水、廢物的排放、集約化的畜禽養殖和氮肥的過量使用，導致地下水污染日益嚴重，已成為世界普遍的環境問題。世界衛生組織調查表明，全世界每年至少有1500萬人死于水污染引起的疾?。?］，嚴重制約了經濟的發展和人類的健康。因此，研究地下水環境的污染狀況，預測其發展趨勢，制定相應的控制措施處理污染的地下水，已成為水資源保護工作的重要內容之一。發達國家已經投入了大量的人力、物力對受污染環境進行修復，地下水原位修復技術得到了迅速發展。PRB是近年來迅速發展的一種地下水污染的原位修復技術，它正在逐步取代運行成本高昂的抽出—處理（P/T）技術，成為地下水修復技術發展的新方向。目前在歐美已進行了大量的工程及試驗研究，已開始商業化應用，并逐步取代運行成本高昂的抽出處理技術，成為目前地下水修復技術最重要的發展方向之一。

1 PRB的基本概念

從廣義上來講，PRB是一種在原位對污染的羽狀體進行攔截、阻斷和補救的污染處理技術。它將特定反應介質安裝在地面以下，通過生物或非生物作用將其中的污染物轉化為環境可接受的形式，但不破壞地下水流動性和改變地下水的水文地質［2］?？蓾B透反應墻如圖1所示。

圖1 可滲透反應墻示意圖［3-4］

PRB主要由透水的反應介質組成，通常置于地下水污染羽狀體的下游，與地下水流相垂直。污染物去除機理包括生物和非生物兩種，污染地下水在自身水力梯度作用下通過PRB時，產生沉淀、吸附、氧化還原和生物降解反應，使水中污染物能夠得以去除，在PRB下游流出處理后的凈化水。它要求捕捉污染羽狀體的污染物的“走向”，即把可滲透反應墻安裝在含有此污染物羽狀體地下水走向的下游地帶含水層，從而使污染物順利進入可滲透反應墻裝置與反應材料進行有效接觸，使其污染物能轉化為環境可接受的另一種形式，實現使污染物濃度達到環境標準的目標［3］。此法可去除地下水溶解的有機物、金屬、放射性物質及其他的污染物質。

2 PRB的結構類型及安裝要素

2.1 PRB的結構類型

目前應用的可滲透反應墻構造類型如圖2所示：事實上，PRB一般有兩種基本結構類型［5-6］:

2.1.1 連續墻式的結構

用于地下水污染的羽狀體較小時，墻體垂直于污染羽狀體的遷移途徑，橫切整個羽狀體的寬度和深度，要求潛水埋藏淺、污染羽狀流規模較小。其優點是對天然地下水流場的干擾性小，易于設計。

圖2 可滲透反應墻構造類型

2.1.2 隔水漏—導水門式結構

當污染羽狀流很寬或延伸很深時，采用連續反應墻式系統會造成大量的資金消耗或技術實施困難，此時可用漏斗—導水式結構。該系統由不透水的截水墻（如封閉的片樁）和處理單元（活性材料）組成。而針對要求埋藏淺、污染羽狀流規模大。其優點是地下水通過比較窄的滲透反應門，反應材料裝填量減少，節省安裝費用；缺點是干擾了天然地下水的流場。

根據要修復的地下水的實際情況，漏斗—導水式系統可以分為單處理和多處理單元系統，對于多處理單元系統，又有串聯和并聯之分。當污染組分比較復雜時則可采用串聯的多處理單元系統，對不同的污染組分，串聯系統中每個處理單元可填充不同的反應材料。而對于被修復的污染羽狀流很寬時，應采用并聯的多處理單元系統。

無論上述那一種類型，關鍵是要找到合適的去污材料，因去污材料必須做到去污達標、不產生二次污染、處理成本低廉，否則就不可能大量被推廣和投入商業運作，對于具體采用何種結構取決于施工現場的水文地質條件和污染羽狀流的規模。

2.2 PRB的安裝要素

可滲透反應墻的修復效果受到地下水流向、污染物類型、地下水流速及其他水文地質條件等因素的影響，因此安裝施工設計時應注意以下幾個方面：

（1）PRB嵌進隔水層或弱透水層中［7］，以防止地下水通過工程墻底部運移。

（2）墻體裝置能大部分或完全捕獲地下水的污染羽狀體。

（3）根據地下水中污染物的類型，通過室內試驗，選擇合適的反應材料和墻體厚度，確保地下水在反應材料中有足夠的水力停留時間，確保修復效果。

（4）PRB的滲透系數應該大于含水層的滲透系數，保證墻體的安裝不會影響現場的水文條件。

（5）在墻體裝置的下游地帶布設檢測裝置（如監測井），了解污染物的去除情況，對PRB反應材料進行監控。

3 PRB的反應材料及修復機理

3.1 PRB的反應材料

活性材料的選擇是PRB技術的重點，根據要去除地下水污染物的類型，通過室內試驗選擇最佳的反應材料，它需要滿足以下幾個條件：

（1）反應的預知性。反應材料與要處理的污染物的之間的反應是預知的，且不會產生二次污染，即不會產生有毒害或存在有較大潛在危險的副產物。

（2）當含有污染物羽狀體的地下水通過墻體裝置時，污染物與反應材料應通過吸附、生物或化學作用后，大部分或全部應該轉化為環境可接受的另一種或幾種形式，從而實現要去除的污染物濃度達到環境規范的要求。

（3）反應材料的填充不影響其安裝區域的滲透性等水文地質條件。

（4）反應材料在地下水環境條件下，水力均勻，抗腐蝕性能好，活性保持時間長［8-9］。

（5）變形小。

（6）粒度均勻，易于施工安裝。

（7）反應材料來源廣泛，價格低廉。

總之，對反應材料的總體要求要達到有效、經濟和安全。

圖3總結列舉了PRB最常用的材料和各自所占的比例［10］，其中以零價鐵為可滲透反應墻反應材料處理地下水污染物的應用最為普遍，達到了45%。

圖3 PRB最常用的反應材料

3.2 PRB的修復機理

3.2.1 物理作用

通過反應材料的高吸附性，去除地下水中的污染組分，常用的活性材料有活性炭、泥煤、氧化物和沸石類。

3.2.2 化學作用

通過改變地下環境的一些條件和反應材料的溶解，使地下水中的污染組份發生化學反應，產生沉淀、氣體或生成其他的形式，從而達到去除的目的。

3.2.3 生物作用

通過反應材料作為微生物電子受體，并供其生長繁殖所需的能量和營養元素，增強地下水中的微生物的代謝活動，從而加速地下水污染組份的降解速率［11］。

4 結語

通過分析認為，PRB在地下水污染修復方面具有很好的發展前景。它不需泵抽和地面處理系統，且反應介質消耗很慢，運行費用低，處理周期長。盡管PRB技術在地下水修復中已得到了廣泛的研究和應用，但技術本身還是面臨一些缺陷和問題，如去污機理尚未清晰，反應材料的阻塞、失活或者地下水二次污染等不良影響，另外因受到地下水流和開溝槽的深度限制，目前該技術多用于有地下水流的飽和污染層的修復，還需要進一步研究可同時去除多種并存污染組分的技術［12］。

總體來說，面臨我國地下水污染日趨嚴重的趨勢，深入研究此方法進行地下水的污染控制，PRB技術是可行的，并對我國的經濟發展也起到至關重要的作用。

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