地下水污染修復(fù)中的PRB技術(shù)研究

熊雪萍，李福林，陳學(xué)群

（1.山東建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，濟(jì)南 250101；2.山東省水利科學(xué)研究院，濟(jì)南 250013）

地下水是地球上數(shù)量豐富、分布廣泛的淡水資源，對(duì)于人類(lèi)生產(chǎn)、生活有著重要意義。然而，隨著大量工農(nóng)業(yè)廢水、廢物的排放、集約化的畜禽養(yǎng)殖和氮肥的過(guò)量使用，導(dǎo)致地下水污染日益嚴(yán)重，已成為世界普遍的環(huán)境問(wèn)題。世界衛(wèi)生組織調(diào)查表明，全世界每年至少有1500萬(wàn)人死于水污染引起的疾?。?］，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類(lèi)的健康。因此，研究地下水環(huán)境的污染狀況，預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)，制定相應(yīng)的控制措施處理污染的地下水，已成為水資源保護(hù)工作的重要內(nèi)容之一。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)投入了大量的人力、物力對(duì)受污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，地下水原位修復(fù)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。PRB是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種地下水污染的原位修復(fù)技術(shù)，它正在逐步取代運(yùn)行成本高昂的抽出—處理（P/T）技術(shù)，成為地下水修復(fù)技術(shù)發(fā)展的新方向。目前在歐美已進(jìn)行了大量的工程及試驗(yàn)研究，已開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用，并逐步取代運(yùn)行成本高昂的抽出處理技術(shù)，成為目前地下水修復(fù)技術(shù)最重要的發(fā)展方向之一。

1 PRB的基本概念

從廣義上來(lái)講，PRB是一種在原位對(duì)污染的羽狀體進(jìn)行攔截、阻斷和補(bǔ)救的污染處理技術(shù)。它將特定反應(yīng)介質(zhì)安裝在地面以下，通過(guò)生物或非生物作用將其中的污染物轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的形式，但不破壞地下水流動(dòng)性和改變地下水的水文地質(zhì)［2］?？蓾B透反應(yīng)墻如圖1所示。

圖1 可滲透反應(yīng)墻示意圖［3-4］

PRB主要由透水的反應(yīng)介質(zhì)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(jī)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(guò)PRB時(shí)，產(chǎn)生沉淀、吸附、氧化還原和生物降解反應(yīng)，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(yīng)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(jìn)入可滲透反應(yīng)墻裝置與反應(yīng)材料進(jìn)行有效接觸，使其污染物能轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的另一種形式，實(shí)現(xiàn)使污染物濃度達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)［3］。此法可去除地下水溶解的有機(jī)物、金屬、放射性物質(zhì)及其他的污染物質(zhì)。

2 PRB的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及安裝要素

2.1 PRB的結(jié)構(gòu)類(lèi)型

目前應(yīng)用的可滲透反應(yīng)墻構(gòu)造類(lèi)型如圖2所示：事實(shí)上，PRB一般有兩種基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型［5-6］:

2.1.1 連續(xù)墻式的結(jié)構(gòu)

用于地下水污染的羽狀體較小時(shí)，墻體垂直于污染羽狀體的遷移途徑，橫切整個(gè)羽狀體的寬度和深度，要求潛水埋藏淺、污染羽狀流規(guī)模較小。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)天然地下水流場(chǎng)的干擾性小，易于設(shè)計(jì)。

圖2 可滲透反應(yīng)墻構(gòu)造類(lèi)型

2.1.2 隔水漏—導(dǎo)水門(mén)式結(jié)構(gòu)

當(dāng)污染羽狀流很寬或延伸很深時(shí)，采用連續(xù)反應(yīng)墻式系統(tǒng)會(huì)造成大量的資金消耗或技術(shù)實(shí)施困難，此時(shí)可用漏斗—導(dǎo)水式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)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(duì)要求埋藏淺、污染羽狀流規(guī)模大。其優(yōu)點(diǎn)是地下水通過(guò)比較窄的滲透反應(yīng)門(mén)，反應(yīng)材料裝填量減少，節(jié)省安裝費(fèi)用；缺點(diǎn)是干擾了天然地下水的流場(chǎng)。

根據(jù)要修復(fù)的地下水的實(shí)際情況，漏斗—導(dǎo)水式系統(tǒng)可以分為單處理和多處理單元系統(tǒng)，對(duì)于多處理單元系統(tǒng)，又有串聯(lián)和并聯(lián)之分。當(dāng)污染組分比較復(fù)雜時(shí)則可采用串聯(lián)的多處理單元系統(tǒng)，對(duì)不同的污染組分，串聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)處理單元可填充不同的反應(yīng)材料。而對(duì)于被修復(fù)的污染羽狀流很寬時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)的多處理單元系統(tǒng)。

無(wú)論上述那一種類(lèi)型，關(guān)鍵是要找到合適的去污材料，因去污材料必須做到去污達(dá)標(biāo)、不產(chǎn)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(yè)運(yùn)作，對(duì)于具體采用何種結(jié)構(gòu)取決于施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)條件和污染羽狀流的規(guī)模。

2.2 PRB的安裝要素

可滲透反應(yīng)墻的修復(fù)效果受到地下水流向、污染物類(lèi)型、地下水流速及其他水文地質(zhì)條件等因素的影響，因此安裝施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）PRB嵌進(jìn)隔水層或弱透水層中［7］，以防止地下水通過(guò)工程墻底部運(yùn)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(jù)地下水中污染物的類(lèi)型，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，選擇合適的反應(yīng)材料和墻體厚度，確保地下水在反應(yīng)材料中有足夠的水力停留時(shí)間，確保修復(fù)效果。

（4）PRB的滲透系數(shù)應(yīng)該大于含水層的滲透系數(shù)，保證墻體的安裝不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)的水文條件。

（5）在墻體裝置的下游地帶布設(shè)檢測(cè)裝置（如監(jiān)測(cè)井），了解污染物的去除情況，對(duì)PRB反應(yīng)材料進(jìn)行監(jiān)控。

3 PRB的反應(yīng)材料及修復(fù)機(jī)理

3.1 PRB的反應(yīng)材料

活性材料的選擇是PRB技術(shù)的重點(diǎn)，根據(jù)要去除地下水污染物的類(lèi)型，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)選擇最佳的反應(yīng)材料，它需要滿足以下幾個(gè)條件：

（1）反應(yīng)的預(yù)知性。反應(yīng)材料與要處理的污染物的之間的反應(yīng)是預(yù)知的，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，即不會(huì)產(chǎn)生有毒害或存在有較大潛在危險(xiǎn)的副產(chǎn)物。

（2）當(dāng)含有污染物羽狀體的地下水通過(guò)墻體裝置時(shí)，污染物與反應(yīng)材料應(yīng)通過(guò)吸附、生物或化學(xué)作用后，大部分或全部應(yīng)該轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的另一種或幾種形式，從而實(shí)現(xiàn)要去除的污染物濃度達(dá)到環(huán)境規(guī)范的要求。

（3）反應(yīng)材料的填充不影響其安裝區(qū)域的滲透性等水文地質(zhì)條件。

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

（5）變形小。

（6）粒度均勻，易于施工安裝。

（7）反應(yīng)材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。

總之，對(duì)反應(yīng)材料的總體要求要達(dá)到有效、經(jīng)濟(jì)和安全。

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

圖3 PRB最常用的反應(yīng)材料

3.2 PRB的修復(fù)機(jī)理

3.2.1 物理作用

通過(guò)反應(yīng)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(lèi)。

3.2.2 化學(xué)作用

通過(guò)改變地下環(huán)境的一些條件和反應(yīng)材料的溶解，使地下水中的污染組份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀、氣體或生成其他的形式，從而達(dá)到去除的目的。

3.2.3 生物作用

通過(guò)反應(yīng)材料作為微生物電子受體，并供其生長(zhǎng)繁殖所需的能量和營(yíng)養(yǎng)元素，增強(qiáng)地下水中的微生物的代謝活動(dòng)，從而加速地下水污染組份的降解速率［11］。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析認(rèn)為，PRB在地下水污染修復(fù)方面具有很好的發(fā)展前景。它不需泵抽和地面處理系統(tǒng)，且反應(yīng)介質(zhì)消耗很慢，運(yùn)行費(fèi)用低，處理周期長(zhǎng)。盡管PRB技術(shù)在地下水修復(fù)中已得到了廣泛的研究和應(yīng)用，但技術(shù)本身還是面臨一些缺陷和問(wèn)題，如去污機(jī)理尚未清晰，反應(yīng)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(kāi)溝槽的深度限制，目前該技術(shù)多用于有地下水流的飽和污染層的修復(fù)，還需要進(jìn)一步研究可同時(shí)去除多種并存污染組分的技術(shù)［12］。

總體來(lái)說(shuō)，面臨我國(guó)地下水污染日趨嚴(yán)重的趨勢(shì)，深入研究此方法進(jìn)行地下水的污染控制，PRB技術(shù)是可行的，并對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也起到至關(guān)重要的作用。

［1］張永波，時(shí)紅，王玉和.地下水環(huán)境保護(hù)與污染控制［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

［2］周啟星，林海芳.污染土壤及地下水修復(fù)的PRB技術(shù)及展望［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2001，10（2）:48-53.

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