渗透性反应墙

渗透性反应墙（PRB）

一、渗透反应墙技术简述

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Ⅲ。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⋯。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。可渗透反应墙示意图如图所示：

二、渗透反应墙技术的分析

PRB技术简单的讲就是在被污染的地下水流动方向建一个选择性的透过“屏障”，使得地下水在通过这个“屏障”时，水中的污染物被反应墙内的填充介质吸附、氧化还原或者降解。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．

1、PRB的修复机理

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。

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。

2、根据填充物质与污染物的反应机理可分为几种反应墙

根据地下水污染物的类型，选择对污染物反应最佳的填充物质。主要的填充物质有

反应墙类型

①化学沉淀反应墙

墙中使用的反应介质为沉淀剂，它可使地下水中的有关污染因子产生沉淀。这种沉淀剂应是无毒的，且其溶解度应高于所形成的沉淀物的溶解度。常见的反应介质为：CaCO3和羟基磷酸盐等，可使水中的微量金属产生沉淀。反应方程式如下所示：

3Ca2+ +3HCO3- +PO43- ——Ca3(HCO3)3PO4；

2Ca2++HPO42- +2OH-——Ca2HPO4(OH)2；

5Ca2+ +3PO43- +OH- ——Ca3(PO4)3OH ；

Ca2+ +HPO42-+2H2O——CaHPO4 +2H2O；

②氧化—还原反应墙

墙中使用的反应介质为还原剂，其本身被氧化，可使一些污染因子参与氧化还原反应，从而达到污染因子被沉淀(固化)或者气化的目的。或者说墙中使用的反应介质为沉淀剂，它们可使一些无机污染物还原为低价态的，并产生沉淀。常见的反应介质为：Fe0、Fe2+和双金属等。反应方程式如下所示：

Fe0+CrO42-+8H+—— Fe3+ +Cr3+ +4H2O

Fe0+UO2+ ——Fe2+ +UO2 (s)

3Fe0 +HSeO4- +7H+ ——3F2+ +Se0(s) + 4H2O

4Fe0 +N03- + 10H+ ——4Fe2+ + NH4+ +3H2O

③吸附反应墙

墙中使用的介质为吸附剂。吸附无机成分的吸附介质包括沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、铝硅酸盐等。地下水中有机污染物主要吸附在有机碳上，因此增加反应介质中的有机碳含量可有效去除水中有机污染物。吸附反应墙主要缺点是吸附介质的容量是有限的，一旦介质吸附容量饱和，污染物就会穿透PRB。因此，使用这类反应墙时，必须确保有清除和更换这种吸附介质的有效方法，如果不能很好解决的话，费用较高。

④生物降解反应墙

目前，墙中的反应介质有2种，一种是含释氧化合物(ORC)的混凝土颗粒，其形态为固态的过氧化合物，如MgO2、CaO2 等，它们向水中释氧，为好氧微生物提供氧源和电子受体，使有机污染物产生好氧生物降解。另一种是含NO 的混凝土颗粒，它们向水中释放NO3-N电子受体，使有机化合物在反硝化条件下产生厌氧(缺氧)生物降解。微生物与硝酸盐、硫酸盐的化学反应如下：

5CH2O++4NO3-——2N2+5HCO3- +2H2O +H+

2CH2O+ SO42- +2H+——H2S+2CO2 +2H2O

Me2+ +H2S——MeS+2H+

3、优缺点

PRB作为新技术的在地下水修复工程中的应用，能够处理单一或者多种混合污染物。与其他地下水污染的修复技术相比，PRB的主要优点是它不需要泵抽和地面的处理系统，并且反应介质消耗缓慢，运行费用低，处理周期长。PRB具有可渗透性，不会扰动地下水的流动，且可以拦截地下水的污染物，像过滤一样，适用大规模异位修复又必须拦截污染物的工程中。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。

①反应材料的阻塞、失活可能使得反应墙的处理能力降低

②反映材料与地下水中某些物质反应产生二次污染

③对于复杂的含有多种污染组成的地下水处理还需要研究。

④PRB设计的必须依托于污染物特征分析和现场水文地质参数的选取，需要建立污染物迁移模型和地下水动力学模型，深入研究地下水运行特性。在设计PRB时，需要进行庞大的前期调查工作和建立工作模型。