【正文】 ，而且會造成地上植物和土壤中生物的污染，這些重金屬污染物會通過食物鏈的富集作用威脅人類的健康。近年來，重金屬污染土壤和地下水的治理引起很多國家高度重視，已經(jīng)成為環(huán)保領域急需解決的任務。在化學領域中，重金屬通常指的是密度大于 5．0gcm3的一類金屬元素[1]。在環(huán)境污染方面所指的重金屬主要是指鉛(Pb)、汞（Hg）、鎘(Cd)、鉻(Cr)和類金屬砷(As)等生物毒性較為顯著的元素，同時還包括具有毒性的重金屬鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等污染物。眾所周知，砷和硒都是非金屬，但是它們的毒性及某些性質(zhì)與重金屬相似，所以環(huán)境方面通常將砷和硒列入重金屬污染物范圍內(nèi)。隨著全球經(jīng)濟迅速發(fā)展，各行業(yè)在生產(chǎn)運輸?shù)冗^程中產(chǎn)生含有大量的重金屬污染物，而這些含有大量重金屬的污染物會以各種化學形態(tài)通過多種途徑擴散遷移到深層土壤或地下水，從而造成土壤和地下水環(huán)境中的重金屬污染。目前污染土壤和地下水的重金屬種類較多，現(xiàn)介紹一些毒性較強且對人類生活和健康構成很大威脅的重金屬。（1）鉛污染，鉛是可以在人體和動物組織中積蓄的重金屬，它的毒性較強。如果鉛在人體中蓄積達到一定濃度時，會對人體造成貧血、腎損傷和神經(jīng)機能失調(diào)等癥狀，其中兒童、老人和免疫低下人群是最易受害的人群。目前，冶煉、五金、機械、油漆、涂料、蓄電池、電鍍、化妝品、燃煤、餐具、膨化食品、染發(fā)劑、自來水管等是環(huán)境中鉛的主要來源[2,3]。這些排放到環(huán)境中的鉛會通過人體消化道、呼吸道和皮膚等途徑進入人體內(nèi)，從而造成人體多種器官的損傷。有關資料表明，鉛對水生生物的安全濃度為 ，當用含鉛 ～，會使農(nóng)作物中鉛含量明顯升高，通過食物鏈的富集作用，這些富集在農(nóng)作物中的鉛會遷移并富集到人體中，對人類的健康造成很 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術修復重金屬污染地下水大危害。人體內(nèi)正常的鉛含量應該在 毫克/升，如果體內(nèi)鉛含量超標，將會損傷大腦中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)，引起兒童多動、注意力不集中、學習困難、任性沖動、脾氣急躁；破壞造血系統(tǒng)，阻礙血紅素的合成,導致貧血；影響消化系統(tǒng)功能，導致孩子厭食、異食癖、味覺喪失或錯亂等；抑制生長激素的合成與釋放，使孩子發(fā)育遲緩；抑制免疫系統(tǒng)功能，使孩子體質(zhì)差，感染機率增加；影響身體對其他金屬元素的吸收、代謝，導致進補鐵、鋅、鈣等無效或吸收少；對生殖器官，尤其是對腎臟損害極大，引起腎功能障礙[36]。（2）汞污染，汞在常溫下為銀白色的液體，通常稱之為水銀，其熔點為 ℃，它是室溫下唯一的液態(tài)金屬，具有流動性[7]。汞在自然界中以很多種形式存在如金屬汞、無機汞和有機汞化合物。汞極易蒸發(fā)，汞和汞蒸氣及其化合物都有很強的毒性，并且可以在人體內(nèi)蓄積。汞主要來源于貴重金屬冶煉、化妝品、照明用燈、齒科材料儀表廠、食鹽電解、燃煤、水生生物等[8,9,10]。環(huán)境中的汞會通過各種途徑進入到人體血液中，當金屬汞通過血液進入腦組織后，會在腦組織中蓄積，當汞的含量達到一定程度時就會對腦組織及周圍神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，進入到血液中的游離態(tài)汞離子會通過血液循環(huán)作用轉(zhuǎn)移到人體的腎臟等器官，從而對人體內(nèi)臟器官造成損害。水體中的無機態(tài)汞離子在水體環(huán)境作用下發(fā)生生物化學反應轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿蟮挠袡C態(tài)汞，這些有機汞通過會食物鏈進入人體，從而引發(fā)人體中毒[1116]；容易受汞危害的人群主要有女性，孕婦、嗜好海鮮人士；因為天然水中含汞量極少，一般都不會超過 。正常人血液中汞的含量均小于 510μg/L，尿液中汞的濃度小于 20μg/L。如果人體發(fā)生急性汞中毒，將會誘發(fā)肝炎和血尿的病癥。（3）鉻污染，鉻是人體內(nèi)微量元素之一，其主要來源于劣質(zhì)化妝品原料、皮革制劑、金屬部件鍍鉻部分，工業(yè)顏料以及鞣革、橡膠和陶瓷原料等。鉻在水中通常以六價和三價存在，其中六價鉻的毒性相對較高[17,18]，因此作為環(huán)境污染物通常所指的是六價鉻，當人體大量攝入六價鉻引起人體急性中毒，長期少量攝入也可能會引起人體慢性中毒；例如誤食飲用含鉻食物，會致腹部不適及腹瀉等中毒癥狀，鉻化合物對皮膚有刺激和致敏作用，皮膚會出現(xiàn)濕疹和過敏性皮炎等癥狀，含鉻的煙霧和粉塵會對人體呼吸系統(tǒng)造成損害，可引起咽炎、支氣管炎等。受鉻污染嚴重地區(qū)的居民，由于經(jīng)常接觸或過量飲用受鉻污染水，造成該地區(qū)居 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術修復重金屬污染地下水民容易得鼻炎、結核病、腹瀉、支氣管炎、皮炎等[19,20]。（4）鎘污染，鎘是人體非必要元素，在自然界中通常以化合物狀態(tài)存在。鎘的毒性很大，鎘可以再生物體內(nèi)富集，通過食物鏈作用進入人體并蓄積在腎臟，造成人體慢性中毒；環(huán)境中的鎘主要來源于冶煉、燃料、電池、電鍍、采礦和化學工業(yè)等三廢排放[2125]；廢舊電池中鎘的含量也比較高、受污染的水果和蔬菜中會富集大量的鎘，尤其是蘑菇和一些谷物對鎘有一定的富集作用。當人體內(nèi)鎘含量超標時，會引起人體中毒，如使骨骼嚴重軟化，骨頭寸斷，另外鎘也會引起胃臟功能失調(diào)，影響人體和生物體內(nèi)鋅的酶系統(tǒng)，導致人體血壓升高。礦業(yè)工作者、免疫力低下者最易受鎘危害。水體中鎘含量為 ，會輕度抑制地面水的自凈作用[26,27]，在用含鎘 ，土壤和農(nóng)作物會受到明顯污染，農(nóng)灌水中含鎘 ，即可造成污染[2832]。正常人血液中的鎘濃度應小于 5 微克/升，尿液中鎘的濃度應小于 1 微克/升。當人體血壓和尿液中含量超過此范圍時，會通過血液循環(huán)等作用危害人體健康，如引起骨質(zhì)疏松，軟化變形等癥狀，在日本曾發(fā)生的痛痛病就是慢性鎘中毒最典型的例子。（5）砷污染，砷是人體的非必需元素，環(huán)境中的砷主要來源于采礦、冶金、化化學制藥、玻璃工業(yè)中的脫色劑、各種殺蟲劑、殺鼠劑、砷酸鹽藥物、化肥、硬質(zhì)合金、皮革、農(nóng)藥等[33,34,35]；元素砷的毒性極低，但是由砷元素組成的化合物均有劇毒，其中三價砷化合物在所有砷化合物中毒性是最強的。受砷危害的人群有農(nóng)民、家庭主婦、特殊職業(yè)工人群體。砷通過呼吸道、消化道和皮膚接觸進入人體，如攝入量超過排泄量，砷就會在人體的肝、腎、肺、子宮、胎盤、骨骼、肌肉等部位蓄積，與細胞中的酶系統(tǒng)結合，使酶的生物作用受到抑制失去活性，特別是在毛發(fā)、指甲中蓄積，從而引起慢性砷中毒，潛伏期可達幾年甚至幾十年，慢性中毒有消化系統(tǒng)癥狀、神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和皮膚病變等[3639]。砷還有致癌作用，能引起皮膚癌，在一般情況下，土壤、水、空氣、植物和人體都含有微量的砷，對人體不會構成危害。地面水中含砷量因水源和地理條件不同而有很大差異，淡水為 ～230μm/L，平均為 ，海水為 [40]。如果 24 小時內(nèi)尿液中的砷含量大于 100 微克/升就使中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，并有致癌的可能。而且如果孕婦體內(nèi)砷超標還會誘發(fā)畸胎。作用而進入人體，當銅在人體內(nèi)含量達到到一定程度后就會對人類的健康產(chǎn)生很大危害。中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術修復重金屬污染地下水（6）銅污染，受污染環(huán)境中銅主要來自于選礦、礦山開采、金屬加工、冶煉、有機合成、機器制造和其他工業(yè)的廢水等行業(yè)的排放[41,42,43]，金屬加工、電鍍工廠在這些行業(yè)中向環(huán)境排放的銅含量是最高的，排放的每升廢水中銅的含量可達幾十毫克甚至幾百毫克。由于這些行業(yè)對廢水處理的不當，因此造成環(huán)境中水體和土壤的污染，從而影響人類健康。有關研究表明當水體中銅的含量達到 毫克/升時，這將會對對水體自我修復能力有明顯的抑制作用；當含量超過 毫克/升時,受污染水體會產(chǎn)生難聞氣味。污染空氣環(huán)境，含量超過15 毫克/升時候，受污染的水就無法被人類使用[44,45]。這些含銅廢水若處理不當會污染土壤環(huán)境，尤其是對農(nóng)業(yè)用地的危害非常之大，農(nóng)業(yè)灌溉水中銅對水稻危害的臨界濃度為 毫克/升，當超過這些濃度時，會造成造成水稻生長狀況不佳，并通過食物鏈的作用威脅人類健康。另外，銅對水生生物的毒性也很大[46]，其中銅對魚類危害臨界濃度為 毫克/升,但一般認為水體中含銅量達到 毫克/升時對魚類的生命活動影響不大[47]。在一些小河中，曾發(fā)生銅污染引起水生生物的急性中毒事件；在沿海地區(qū)，曾發(fā)生銅污染水體事件，水體中的銅對水中生物產(chǎn)生很大影響并導致海水中牡蠣肉變綠。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中也會對土壤和地下水環(huán)境造成銅污染，例如農(nóng)田灌溉、化學試劑的使用等等通過各種途徑進入到土壤和水體環(huán)境中。銅在植物體中各部分的累積情況也大不相同[4852]，大多數(shù)植物中銅分布的情況是根莖和葉果實，只有少數(shù)植物體內(nèi)銅的分布與之相反，例如叢樺葉果實部分銅元素的含量在所有部分中是最高的。除此之外，水生生物銅也有很好的富集作用，環(huán)境中的銅會通過食物鏈的富集作用而進入人體，當銅在人體內(nèi)含量達到到一定程度后就會對人類的健康產(chǎn)生很大危害。全球化經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快給人類的生活帶來了翻天覆地的變化，然而人類生活得到改善的同時卻讓我們生存的環(huán)境付出了很大的代價。各行業(yè)在生產(chǎn)、運輸及三廢排放等過程中向環(huán)境排放了大量的重金屬，由于這些重金屬在環(huán)境中難以修復，對土壤和地下水造成了嚴重的污染[53]，重金屬污染地下水修復技術的研究已經(jīng)成為環(huán)保領域十分迫切的任務。目前已有很多國家采取了相應的重金屬地下水的防護措施,并且投入大量資金和精力開展了有關重金屬污染地下水修復研究。當前的重金屬污染地下水修復 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術修復重金屬污染地下水技術主要可分為異位修復技術和原位修復技術兩類。其中異位修復技術主要是抽出處理法[54]，原位修復技術則包括地下帷幕阻隔與水力控制技術、滲透反應墻和電動處理技術。 異位修復技術在重金屬污染地下水治理過程中，應用最多的是異位修復技術，該技術主要原理是將受重金屬污染的地下水抽出至地表，然后通過各種方法再進行處理。該處理技術在對重金屬污染地下水修復在短期內(nèi)具有很高的處理效果，但是在長期的工程應用上，可能會出現(xiàn)拖尾反彈等現(xiàn)象，從而使得處理效率降低，增加處理成本。近年來，國內(nèi)外普遍采用一種異位處理技術即泵—處理技術[55]來修復重金屬污染地下水，該技術在很多國家都有廣泛的應用，且成熟度較高。該技術的主要方法是在重金屬污染地下水流經(jīng)方向開設多個抽水井，從抽水井中抽取被重金屬污染的地下水，然后將抽出來的地下水運送到附近污水處理廠或者其他地上處理設施進行處理，從而達到凈化地下水的目的。在治理的過程中為了不對地下水的補給和地下水抽出后可能造成地面沉降等問題的影響，通常會另打幾口注水井，把處理過的地下水回灌到地下當中。井群系統(tǒng)的設計是該項技術能夠很好應用的關鍵，對于井口位置的設計，應滿足流經(jīng)井群的地下水包含整個受污染的地下水，以便把受污染的地下水全部抽出來進行異位處理。地下水修復技術最早使用的方法就是抽出處理技術，根據(jù)美國環(huán)保局的統(tǒng)計[56]，在 1982－2002 的 20 年間，在工程應用上該項技術的使用比例高達 68%，遠遠超過其它修復技術。抽出處理技術對于突發(fā)性或高強度的地下水污染具有快速處理和效率高等優(yōu)點，但是處理過程較為繁瑣且抽取和處理所需費用高,并且需要對其進行長期監(jiān)測和維護,同時該技術對重非水溶相液體(DNAPL s)的去除效果甚微[57]。 原位修復技術由于異位修復技術需要長期監(jiān)控和維護并且成本較高，因此對于重金屬污染地下水原位修復技術得到了國內(nèi)外學者的廣泛關注，原位修復技術是指人為控制在不影響地下水水力條件的的情況下，在原位將受重金屬污染地下水修復的一種技術。該技術主要可分為滲透反應墻技術、地下帷幕阻隔技術及電動處理技術。（1）滲透反應墻技術滲透反應墻(PRB)技術修復地下水的主要原理是在垂直于重金屬污染的地下水流經(jīng)方向設置由活性反應介質(zhì)組成的可滲透反應墻，在 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術修復重金屬污染地下水重金屬污染物隨著水體流動經(jīng)過反應墻時可與活性反應介質(zhì)發(fā)生吸附、沉淀、降解等作用，從而將重金屬污染物從地下水中去除，凈化地下水體環(huán)境。PRB活性材料可根據(jù)污染物的種類進行選擇，活性材料的選擇是處理重金屬污染地下水的關鍵，選擇的依據(jù)主要是活性材料具有持久性強，抗腐蝕性好、粒徑均勻并且無二次污染等特點。該技術對重金屬污染地下水主要有物理、化學、生物三種修復機理?？蓾B透反應墻技術最早是在 1982 年由美國環(huán)保局提出的,在20 世紀 90 年代初期得到了深入研究。滲透反應墻的安裝同樣相當重要，通常將其安裝在地下蓄水層并垂直于地下水流方向。在水力梯度作用下，當重金屬污染的地下水流經(jīng)滲透反應墻時,地下水中的重金屬污染物會與滲透反應墻活性材料發(fā)生反應，從而將其從地下水中去除[5860]。滲透反應墻技術不同于異位修復技術，它不需要將污染的地下水抽出地面進行處理，這個過程同樣可以省去地面處理系統(tǒng)，從而降低了處理成本,通常所選的活性介質(zhì)都是些價格低廉或者一些行業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄物，這使得該技術在材料成本上又優(yōu)于抽出處理技術。反應墻的活性材料一般消耗的很慢,有的幾年甚至十幾年對重金屬污染地下水還有很強的處理能力，重金屬污染物在隨著地下水流經(jīng)反應墻時，經(jīng)過反應墻活性材料的吸附、降解等作用而被去除，不需要人為為其提供動力條件。滲透反應墻安裝完成后，一般情況下幾乎不需要其他運行和維護費用。與傳統(tǒng)的異位修復技術相比, 該技術在操作費用至少可以節(jié)省 30 %以上[61]。滲透反應墻技術對地下水生態(tài)環(huán)境的影響較小,是一項最具發(fā)展?jié)摿Φ闹亟饘傥廴镜叵滤迯头椒??？蓾B透反應墻通常可分為連續(xù)墻型和煙囪—門型兩種。連續(xù)墻指的是在蓄水層安裝連續(xù)的可滲透反應墻，確保遭受重金屬污染所有區(qū)域內(nèi)的地下水都能得到滲透反應墻的處理。這種反應墻的使用并不現(xiàn)實，因為該處理方法是根據(jù)土壤蓄水層厚度來確定安裝的連續(xù)墻所需面積，蓄水層厚度越大，或者說地下水污染區(qū)域越大,則安裝的反應墻的面積就越大，因此該處理技術的造價就會越高。然而煙囪門型滲透反應墻相對于連續(xù)墻來說在造價費用上要低很多，該方法是在地下水流動區(qū)域內(nèi)填充造價較低的阻隔墻,將受重金屬污染的地下水匯集在一起，然后設置活性滲透墻，將這些匯集起來的地下水流經(jīng)活性滲透墻，從而達到集中處理的目的，該方法不僅造價成本較低，而且不會降低滲透反應墻的處理效果。該方法中使用的活性滲透墻與障隔墻的組合被稱為煙囪門型滲透反應墻。該方法具有反應區(qū)域較小, 中國地質(zhì)大學（武漢）研究生課程論文——PRB技術修復重金屬污染地下水造價成本低，易于清除和更換等優(yōu)點，因此更適合于原位處理重金屬污染的地下水。該方法使用的滲透墻通?？煞譃閮?