【文章內(nèi)容簡介】 介質(zhì)的孔隙率和含水層的滲透系數(shù)決定．在長期運行中，反應(yīng)介質(zhì)的孔隙率有逐漸減小的趨勢．因此，在設(shè)計中一般采用最大流速。污染物羽流在反應(yīng)墻的停留時間（t）主要由污染物的半存留期和污染羽流 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水經(jīng)反應(yīng)器初始濃度決定：現(xiàn)場的地下水污染物濃度分布不均勻，基于工程安全性考慮，設(shè)計按照污染物的場地內(nèi)最大的濃度值計算。計算可采用：t=[86]式中：n為半存留期的次數(shù)；，=ln2/k，(k為一次反應(yīng)速率)；u1為溫度校正因子。正常溫度為2025℃；u2為密度校正因子，；R為安全系數(shù)。滲透系數(shù)又稱水力傳導系數(shù)(hydraulic conductivity)，是表示流體通過孔隙骨架的難易程度一表達式為：K=kρg／η式中：K為滲透系數(shù)；k為孔隙介質(zhì)的滲透率，它只與固體骨架的性質(zhì)有關(guān)；η為動力粘滯性系數(shù)；ρ為流體密度；g為重力加速度。滲透系數(shù)是反應(yīng)墻正常運行的關(guān)鍵參數(shù)之一，在PRB的設(shè)計中。必須要優(yōu)化配置，滿足良好的修復(fù)效果同時，必須選擇合理滲透系數(shù)的填充介質(zhì)：對填充介質(zhì)的選擇必須大于甚至遠大于含水層的滲透系數(shù)：如果反應(yīng)介質(zhì)的滲透系數(shù)小于含水層滲透系數(shù)，反應(yīng)產(chǎn)物會富集沉淀在反應(yīng)墻的表面，造成反應(yīng)墻的堵塞，使地下水的滯留現(xiàn)象，造成PRB的效果不好甚至不能使廂、根據(jù)US EPA研究數(shù)據(jù)[85]顯示反應(yīng)墻的滲透系數(shù)必須大于含水層滲透系數(shù)的2倍以上才能發(fā)揮較好效果．因此，反應(yīng)墻通常設(shè)計選擇滲透率大的濾層(砂層)、篩網(wǎng)和高滲透率反應(yīng)材料組成?！狿RB和雙金屬反應(yīng)墻資料顯示[8789]，零價鐵是一種常見的用作于土壤修復(fù)中的反應(yīng)物，主要是因為土壤中的污染物會和化學性質(zhì)活波的顆粒鐵起作用二零價鐵對揮發(fā)性有機氯化物的降解主要涉及的三個過程為：①Fe0的電子轉(zhuǎn)移到堿金屬氯化物。②Fe0在水中氧化為Fe2+，F(xiàn)e2+在水中進一步氧化為Fe3+。③零價鐵在氧化過程中產(chǎn)生的氫離子與氯化物發(fā)生反應(yīng)：除鐵作為反應(yīng)墻外，很多研究員對銅、銀、鋅、錳的研究也有較好的效果。中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水近年的科學研究，提出了雙金屬和多金屬系統(tǒng)。是指在Fe0顆粒上鍍上第2種或第3種金屬：MuftikianR等，研究認為Fe0表面的Pd加速了目標污染物的脫氯，反應(yīng)速率可以比Fe0系統(tǒng)大10倍。ChioJH等運用反應(yīng)介質(zhì)為Pd/（），可將質(zhì)量濃度為100mg/，而PRB生物部分在反應(yīng)時間為78d時可將100μmol/L的苯酚完全去除。因此，在生物處理前預(yù)先進行還原脫氯會提高整個PRB系統(tǒng)的處理效果。Prusse等應(yīng)用PdCu/Al2OPdSn/Al2O3和PdIn/Al2O3三種不同催化劑催化還原硝酸鹽，研究表明PdSn/Al2O3和PdIn/Al2O3，催化劑較PdCu/Al2O3，催化劑的選擇性有所提高，在雙金屬催化劑中，NO2只能吸附于Pd的催化點位，單金屬Pd表現(xiàn)出對NO3的還原沒有催化活性。（BiologicaI reaction barrier）生物反應(yīng)墻是指在污染的地下水流向相垂直的方向用泥土建成長條形修復(fù)帶，通過向土中注入反應(yīng)劑的方法促使或加速污染物的降解．生物反應(yīng)墻主要應(yīng)用于有機物降解，分為好氧型和厭氧型。好氧型需要良好的氧化條件，主要應(yīng)用于苯類、輕質(zhì)油類和氯乙烯的降解；厭氧型生物墻具有強還原條件下對鹵化物的脫鹵過程。馬會強等[90]以功能微生物泥炭和粗砂為填充介質(zhì)設(shè)計新型生物反應(yīng)墻，對苯系物、％％；孫本山等[91]，可吸附生物反應(yīng)墻修復(fù)地下水中BTEX的研究表明，加硝酸鹽的生物反應(yīng)墻和對照組對BTEX的總?cè)コ士蛇_到86％97％。有研究表明睜[92,93]，在生物修復(fù)方面，生物反應(yīng)墻在土壤修和地下水復(fù)方面更具高效、節(jié)能和環(huán)保，但原位生物修復(fù)的設(shè)計會受到眾多因素的干擾。例如，污染物濃度，水層滲透系數(shù)、地下水水質(zhì)和土壤特性等二因此，進行生物反應(yīng)墻必須建立等夠反應(yīng)污染物情況的模型，確保全面的描述污染源、羽流和地下土壤特性的情況，精確注入的反應(yīng)劑的量和濃度，減少能源消耗總量和增加叮再生能源的使用。(funnelandgate system)隔水漏斗一導水門反應(yīng)系統(tǒng)采用不透水的斗形裝置將被污染的地下水帶人反應(yīng)區(qū)中，在反應(yīng)區(qū)將污染物從地下水中去除。由于導水漏斗具有導流后叮以選 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水擇特定的方式處理污水中污染物，因此該系統(tǒng)可以融入鐵反應(yīng)墻、生物、化學和混合式處理方法，該方法在歐美發(fā)達國家有較多的使用。土壤修復(fù)作為龐大的系統(tǒng)性工程，選擇分塊的解決各個問題，必須找到快速、高效、穩(wěn)定的治理土壤的方法。目前，國外正在研究的反應(yīng)墻較多，由于存在實際的應(yīng)用難度，多作為理論研究。采用納米級的鐵微粒作為反應(yīng)物，該微粒比表面積大，和乳化液、水混合后能夠直接注入土壤中：親油性的揮發(fā)性有機氯化物與化學性質(zhì)活波的鐵微粒的反應(yīng)在乳化液的作用下進行，因而能夠在較短時間完成反應(yīng)。電動生物反應(yīng)墻是新探索的土壤和地下水修復(fù)方法，主要原理是水在電極的作用下形成氧氣和氫氣，氧氣和氫氣在微生物的作用下，對揮發(fā)性有機氯化物、苯類和油類物質(zhì)進行分解。因同時具備了生物性和電化學性，是比較新型的修復(fù)技術(shù)，目前在這方面得到成功應(yīng)用的案例還沒有報道。PRB對湖南省鎘污染場地的修復(fù)分析根據(jù)2014 年現(xiàn)場調(diào)研，湖南省主要以硫酸鋅為最終產(chǎn)品的企業(yè)共有14 家，3家在建，1家停產(chǎn)整治，10 家企業(yè)正常生產(chǎn)。企業(yè)生產(chǎn)能力均不大于2 萬t /a(一家5 萬t /a 除外)。企業(yè)約86%分布在衡陽，14%分布在株洲。用GPS 對14 家生產(chǎn)企業(yè)定位發(fā)現(xiàn)，這類企業(yè)集中在112176。3539。113176。3339。E，26176。2339。27176。5039。N，均沿湘江及其支流而建，約79%的企業(yè)分布在湘江中上游（圖3），是湘江主要重金屬污染源之一，已列入《湘江流域重金屬污染治理方案》中。硫酸鋅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的銅鎘渣，隨廢水、廢渣等釋放到環(huán)境中，隨地表水滲入地下，造成地下水Cd污染嚴重。中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水圖3湖南省硫酸鋅企業(yè)沿水系分布情況 PRB結(jié)構(gòu)的選擇湖南省衡陽地區(qū)氣候溫暖濕潤，雨量充沛，屬亞熱帶季風氣候。地貌類型以丘崗為主，四周山、丘圍繞，中部平、崗丘交錯，‰。地質(zhì)構(gòu)造簡單，無活動斷裂通過，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，場地和地基穩(wěn)定。區(qū)域地層依次為碳酸鹽巖、碎屑巖與頁巖、紅色碎屑巖。區(qū)域內(nèi)地震基本烈度＜6度，設(shè)計地震加速度＜ g，未發(fā)現(xiàn)飽和砂土層。地下水類型為上層滯水及基巖裂隙水，水量貧乏。透漏分析發(fā)現(xiàn)巖石土層透水性為中等－弱透水，底部下伏基巖風化較為強烈，透水性強，因此適宜建可滲透反應(yīng)墻。擬建可滲透反應(yīng)墻采用天然地基淺基礎(chǔ)，持力層選擇全風化板巖或強風化板巖，為防止可滲透反應(yīng)底部有毒有害元素通過底部基巖滲漏到下游，需對基礎(chǔ)底部基巖進行防滲處理。該地區(qū)含水層埋藏淺，地下水污染物羽流規(guī)模小，因此PRB 結(jié)構(gòu)選用連續(xù)反應(yīng)墻式。在污染區(qū)下游修建一個連續(xù)反應(yīng)墻，墻體的寬度及高度能保證整個污染羽狀體通過，墻體的厚度能切斷整個污染羽狀流，保證污染區(qū)域內(nèi)的地下水得到修復(fù)［94］。區(qū)域硫酸鋅企業(yè)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)工藝基本相同，區(qū)域污染物特征也類似。根據(jù)該區(qū)域水流特征、污染物濃度和排放標準計算， m， m，反應(yīng)墻寬度約15 m，高度約6 m 的模式選擇，采用礫石基體材料，修復(fù)Cd、Pb、Zn 等重金屬的活性材料建造。反 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水應(yīng)墻的使用壽命按30 年設(shè)計，重金屬離子與活性材料發(fā)生物理吸附及化學反應(yīng)形成重金屬碳酸鹽沉淀，達到地下水重金屬Cd 含量＜ mg /L，Zn 含量＜ mg /L 的要求。 PRB介質(zhì)的選擇PRB 介質(zhì)材料選擇時應(yīng)該考慮下列幾個方面: 第一，介質(zhì)材料能否與地下水中的污染物發(fā)生一定的物理、化學或生物反應(yīng)，從而使污染物能夠全部被清除。第二，介質(zhì)材料能否大量取材，同時在反應(yīng)中不易溶解或消耗，從而使PRB 系統(tǒng)達到30年設(shè)計要求。第三，介質(zhì)材料既經(jīng)濟又不產(chǎn)生二次污染[95]。該次試驗以湖南省硫酸鋅行業(yè)污染場地產(chǎn)生的滲濾液原樣進行分析，滲濾液水質(zhì)特性為Zn = /L，Cd = mg /L。通過實驗室土柱試驗?zāi)MPRB 可滲透反應(yīng)墻，探索石灰、石灰石混合料等不同介質(zhì)材料與填充方式對滲濾液中Zn、Cd 等重金屬在不同滲透時間下的去除效果，并判斷介質(zhì)材料的最佳細度、最優(yōu)配比和反應(yīng)時間，確定PRB 技術(shù)防治地下水Cd 污染的可行性。試驗設(shè)計了3 個塑料柱(3)，每個反應(yīng)器的總高度為50 cm，內(nèi)徑為5 cm，底部填充5 cm 厚的砂層，起過濾、緩沖和保護作用。上部為10 cm 厚的砂層，以隔絕空氣。中間為反應(yīng)器主體部分，高度為20 cm。試驗幾種不同填充方式的反應(yīng)效果: 1 號柱內(nèi)填充礫石+ 石灰單層，2號柱內(nèi)填充礫石+ 石灰+ 礫石多層，3號柱內(nèi)填充石灰+ 礫石混合料。該次試驗分析多種介質(zhì)及其細度和配比對Zn、Cd 的去除效果。根據(jù)試驗需要，選擇需混合的活性材料，裝入混合機充分混合。反應(yīng)柱運行14 h，且均以4mL /min左右的流速往塑料柱內(nèi)滴加滲濾液，每隔2 h 左右取一次樣進行重金屬定量檢測，分析3 個柱內(nèi)Zn、Cd 達標持續(xù)的時間。參考柱試驗結(jié)果，估算工程應(yīng)用中所需的原料和數(shù)量，完善可滲透反應(yīng)墻的設(shè)計方案。裝置運行后，3個塑料柱同步運行監(jiān)測，樣品送化驗室分析各塑料柱輸出液 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水Zn、Cd 濃度，綜合對比介質(zhì)細度、介質(zhì)配比對Zn、Cd 的去除情況。3 個塑料柱出水Cd 和Zn 濃度值隨滲透時間的變化曲線見圖4。由圖4可知，試驗效果較好的是3 號柱。3 號柱的介質(zhì)材料是石灰石和礫石混合柱，石灰石細度為80100 目，礫石細度為1020 目。在該配比中，211 h任意點取樣，去除Cd 的效率都在97%以上，而10 h 時，出水Zn mg /L，達到環(huán)境標準要求，11 h mg /L，超出環(huán)境標準要求。因此取該試驗出水達標時間為10 h，即10 h 的石灰石混合柱達到吸附飽和狀態(tài)。介質(zhì)材料之所以選擇石灰石是因為在特定可行性測試中，它的重金屬負載能力和去除能力比其他材質(zhì)好（石灰石≈骨炭粉＞硅肥＞高爐渣），且石灰石比骨炭粉經(jīng)濟。因此，工程應(yīng)用上，可滲透反應(yīng)墻選擇石灰石(80100 目)與礫石（1020目）混合。圖4 不同介質(zhì)材料下出水Cd(a)、Zn 濃度(b)隨時間的變化曲線4結(jié)語該文總結(jié)了重金屬污染的分類與危害，針對性的對可滲透反應(yīng)墻(PRB)技術(shù)的概念、原理、活性材料的選取、結(jié)構(gòu)類型、常見類型總結(jié)，并以湖南省鎘污染場地為例進行了修復(fù)效果的研究，得出結(jié)論：以石灰石（80100目）與礫石（1020目）作為PRB的介質(zhì)材料，可以經(jīng)濟有效去除污染地下水中的Zn、Cd濃度，滿足環(huán)境標準要求。可滲透反應(yīng)墻（PRB）技術(shù)造價低廉、維護簡單，對于處理各種地下水污染具有良好的效果，是今后地下水修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向。但是，這項技術(shù)仍存在很多問題：地下水中的污染物在墻體表面不斷積累，使得墻體活性介質(zhì)飽和，甚至失去活性，則必須定期更換反應(yīng)物質(zhì)，以保證處理效率。當介質(zhì)材料的粒徑過小、中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水介質(zhì)的截留沉淀等作用，可能造成反應(yīng)器的堵塞，影響PRB 的使用壽命，而更換下來的活性材料需作為有害廢棄物加以處置。此外，傳統(tǒng)施工技術(shù)即土體開挖方法有待研究、改進和提高；PRB 長期運行的穩(wěn)定性和有效性也是不容忽視的。因此，在研究可滲透反應(yīng)墻(PRB)技術(shù)時要注意，（1）反應(yīng)材料應(yīng)易得有效、費用低廉、不產(chǎn)生二次污染；（2）多種污染組分應(yīng)設(shè)計多個反應(yīng)器的有效組合（包括不同類型、不同結(jié)構(gòu)、不同反應(yīng)材料等）；（3）保證反應(yīng)材料的有效使用，延長PRB 系統(tǒng)使用壽命；（4）設(shè)計施工過程中要考慮地下水水流、地質(zhì)環(huán)境、滲透性、人類活動等的影響。一般而言，PRB 去除地下水中污染物的針對性較強，即對某一類污染物的去除效果較好而對其它污染物的去除效果較差。但是，地下水污染物不是單一的，所以在選取反應(yīng)材料時要綜合考慮，采用混合介質(zhì)材料。而采用混合材料時要做一定的條件試驗，確定最佳配比，提升綜合處理效果，以確保PRB 系統(tǒng)的有效性、經(jīng)濟性、長期性，并達到最佳的地下水污染修復(fù)。我國大部分地區(qū)水資源短缺、地下水污染嚴重，研究人員應(yīng)借鑒國外經(jīng)驗，不斷完善PRB 系統(tǒng)的理論和技術(shù)，使PRB 的發(fā)展趨于多元化、多級化，從而能夠適應(yīng)復(fù)雜的污染地下水。因此，PRB 技術(shù)是一種很有前途的污染治理技術(shù)，將會成為今后地下水污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向。中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術(shù)修復(fù)重金屬污染地下水參考文獻[1] 張英,[J].遼寧化工,2007,36(6):395397.[2] 陸泗進,王紅旗,[J].環(huán)境污染與防治,2006,28(6):452457.[3] 姜楠 , 王鶴立 , [J].環(huán)境科學與技術(shù),2008,31(2):5660.[4] 時文歆 ,于水利 , [J].環(huán)境科學與技術(shù),2005,28(1):2123.[5] 胡宏韜,[J].水處理技術(shù),2009,35(9):5659,63.[6] 張軍麗 ,李瑞玲 , [J].環(huán)境科學與技術(shù),2011,34(7):8789,170.[7] [J].環(huán)境保護科學,2008,34(1):3841.[8] Cordy, P., Veiga, ., Salih, contamination from artisanal gold miningin Antioquia, Colombia: The world39。s highest per capita mercury pollution[J].Science ofthe Total Environment,2011,410/411:154160.[9] 覃東立,姜秋俚,[J].環(huán)境保護科學,2009,35(4):7578.[10] Ping Li, Xinbin Feng, GuangleQ