地下水污染修复中的PRB技术研究

熊雪萍，李福林，陈学群

（1.山东建筑大学 市政与环境工程学院，济南 250101；2.山东省水利科学研究院，济南 250013）

地下水是地球上数量丰富、分布广泛的淡水资源，对于人类生产、生活有着重要意义。然而，随着大量工农业废水、废物的排放、集约化的畜禽养殖和氮肥的过量使用，导致地下水污染日益严重，已成为世界普遍的环境问题。世界卫生组织调查表明，全世界每年至少有1500万人死于水污染引起的疾病［1］，严重制约了经济的发展和人类的健康。因此，研究地下水环境的污染状况，预测其发展趋势，制定相应的控制措施处理污染的地下水，已成为水资源保护工作的重要内容之一。发达国家已经投入了大量的人力、物力对受污染环境进行修复，地下水原位修复技术得到了迅速发展。PRB是近年来迅速发展的一种地下水污染的原位修复技术，它正在逐步取代运行成本高昂的抽出—处理（P/T）技术，成为地下水修复技术发展的新方向。目前在欧美已进行了大量的工程及试验研究，已开始商业化应用，并逐步取代运行成本高昂的抽出处理技术，成为目前地下水修复技术最重要的发展方向之一。

1 PRB的基本概念

从广义上来讲，PRB是一种在原位对污染的羽状体进行拦截、阻断和补救的污染处理技术。它将特定反应介质安装在地面以下，通过生物或非生物作用将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水流动性和改变地下水的水文地质［2］。可渗透反应墙如图1所示。

图1 可渗透反应墙示意图［3-4］

PRB主要由透水的反应介质组成，通常置于地下水污染羽状体的下游，与地下水流相垂直。污染物去除机理包括生物和非生物两种，污染地下水在自身水力梯度作用下通过PRB时，产生沉淀、吸附、氧化还原和生物降解反应，使水中污染物能够得以去除，在PRB下游流出处理后的净化水。它要求捕捉污染羽状体的污染物的“走向”，即把可渗透反应墙安装在含有此污染物羽状体地下水走向的下游地带含水层，从而使污染物顺利进入可渗透反应墙装置与反应材料进行有效接触，使其污染物能转化为环境可接受的另一种形式，实现使污染物浓度达到环境标准的目标［3］。此法可去除地下水溶解的有机物、金属、放射性物质及其他的污染物质。

2 PRB的结构类型及安装要素

2.1 PRB的结构类型

目前应用的可渗透反应墙构造类型如图2所示：事实上，PRB一般有两种基本结构类型［5-6］:

2.1.1 连续墙式的结构

用于地下水污染的羽状体较小时，墙体垂直于污染羽状体的迁移途径，横切整个羽状体的宽度和深度，要求潜水埋藏浅、污染羽状流规模较小。其优点是对天然地下水流场的干扰性小，易于设计。

图2 可渗透反应墙构造类型

2.1.2 隔水漏—导水门式结构

当污染羽状流很宽或延伸很深时，采用连续反应墙式系统会造成大量的资金消耗或技术实施困难，此时可用漏斗—导水式结构。该系统由不透水的截水墙（如封闭的片桩）和处理单元（活性材料）组成。而针对要求埋藏浅、污染羽状流规模大。其优点是地下水通过比较窄的渗透反应门，反应材料装填量减少，节省安装费用；缺点是干扰了天然地下水的流场。

根据要修复的地下水的实际情况，漏斗—导水式系统可以分为单处理和多处理单元系统，对于多处理单元系统，又有串联和并联之分。当污染组分比较复杂时则可采用串联的多处理单元系统，对不同的污染组分，串联系统中每个处理单元可填充不同的反应材料。而对于被修复的污染羽状流很宽时，应采用并联的多处理单元系统。

无论上述那一种类型，关键是要找到合适的去污材料，因去污材料必须做到去污达标、不产生二次污染、处理成本低廉，否则就不可能大量被推广和投入商业运作，对于具体采用何种结构取决于施工现场的水文地质条件和污染羽状流的规模。

2.2 PRB的安装要素

可渗透反应墙的修复效果受到地下水流向、污染物类型、地下水流速及其他水文地质条件等因素的影响，因此安装施工设计时应注意以下几个方面：

（1）PRB嵌进隔水层或弱透水层中［7］，以防止地下水通过工程墙底部运移。

（2）墙体装置能大部分或完全捕获地下水的污染羽状体。

（3）根据地下水中污染物的类型，通过室内试验，选择合适的反应材料和墙体厚度，确保地下水在反应材料中有足够的水力停留时间，确保修复效果。

（4）PRB的渗透系数应该大于含水层的渗透系数，保证墙体的安装不会影响现场的水文条件。

（5）在墙体装置的下游地带布设检测装置（如监测井），了解污染物的去除情况，对PRB反应材料进行监控。

3 PRB的反应材料及修复机理

3.1 PRB的反应材料

活性材料的选择是PRB技术的重点，根据要去除地下水污染物的类型，通过室内试验选择最佳的反应材料，它需要满足以下几个条件：

（1）反应的预知性。反应材料与要处理的污染物的之间的反应是预知的，且不会产生二次污染，即不会产生有毒害或存在有较大潜在危险的副产物。

（2）当含有污染物羽状体的地下水通过墙体装置时，污染物与反应材料应通过吸附、生物或化学作用后，大部分或全部应该转化为环境可接受的另一种或几种形式，从而实现要去除的污染物浓度达到环境规范的要求。

（3）反应材料的填充不影响其安装区域的渗透性等水文地质条件。

（4）反应材料在地下水环境条件下，水力均匀，抗腐蚀性能好，活性保持时间长［8-9］。

（5）变形小。

（6）粒度均匀，易于施工安装。

（7）反应材料来源广泛，价格低廉。

总之，对反应材料的总体要求要达到有效、经济和安全。

图3总结列举了PRB最常用的材料和各自所占的比例［10］，其中以零价铁为可渗透反应墙反应材料处理地下水污染物的应用最为普遍，达到了45%。

图3 PRB最常用的反应材料

3.2 PRB的修复机理

3.2.1 物理作用

通过反应材料的高吸附性，去除地下水中的污染组分，常用的活性材料有活性炭、泥煤、氧化物和沸石类。

3.2.2 化学作用

通过改变地下环境的一些条件和反应材料的溶解，使地下水中的污染组份发生化学反应，产生沉淀、气体或生成其他的形式，从而达到去除的目的。

3.2.3 生物作用

通过反应材料作为微生物电子受体，并供其生长繁殖所需的能量和营养元素，增强地下水中的微生物的代谢活动，从而加速地下水污染组份的降解速率［11］。

4 结语

通过分析认为，PRB在地下水污染修复方面具有很好的发展前景。它不需泵抽和地面处理系统，且反应介质消耗很慢，运行费用低，处理周期长。尽管PRB技术在地下水修复中已得到了广泛的研究和应用，但技术本身还是面临一些缺陷和问题，如去污机理尚未清晰，反应材料的阻塞、失活或者地下水二次污染等不良影响，另外因受到地下水流和开沟槽的深度限制，目前该技术多用于有地下水流的饱和污染层的修复，还需要进一步研究可同时去除多种并存污染组分的技术［12］。

总体来说，面临我国地下水污染日趋严重的趋势，深入研究此方法进行地下水的污染控制，PRB技术是可行的，并对我国的经济发展也起到至关重要的作用。

［1］张永波，时红，王玉和.地下水环境保护与污染控制［M］.北京:中国环境科学出版社，2003.

［2］周启星，林海芳.污染土壤及地下水修复的PRB技术及展望［J］.环境污染治理技术与设备，2001，10（2）:48-53.

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