污染地下水可滲透反應(yīng)墻(PRB)技術(shù)研究進展

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:摘要：地下水污染已成為我國嚴峻的環(huán)境問題，治理污染地下水工作迫在眉睫?？蓾B透反應(yīng)墻(permeable reactive barrier，PRB)技術(shù)是污染地下水修復(fù)的新興技術(shù)，具有治理效果好、造價低廉、對生態(tài)環(huán)境影響小等特點，能夠有效去除地下水中的有機氯化物、重金屬和無機離子等。PRB技術(shù)在美國已廣泛應(yīng)用到工程領(lǐng)域并實現(xiàn)商業(yè)化，在我國目前處于實驗室研究和現(xiàn)場示范應(yīng)用階段。綜述了PRB技術(shù)的原理、結(jié)構(gòu)類型、活性填料、修復(fù)機理和工程應(yīng)用，指出PRB系統(tǒng)長期有效運行存在的技術(shù)問題，以及PRB技術(shù)的應(yīng)用前景和重點研究方向，以期為PRB技術(shù)在我國的研發(fā)和推廣應(yīng)用及地下水污染治理提供參考。

關(guān)鍵詞：可滲透反應(yīng)墻(PRB)；地下水污染；零價鐵(ZVI)

近年來，我國工業(yè)化進程的加速導(dǎo)致城市地下水受到嚴重污染。原環(huán)境保護部公布的《2013年中國環(huán)境狀況公報》表明，全國200個城市地下水水質(zhì)監(jiān)測點中較差-極差水質(zhì)的比例為59.6%，地下水污染問題日趨嚴峻。人群長期飲用受污染的地下水會造成健康危害；工業(yè)活動采用污染地下水會降低產(chǎn)品質(zhì)量，影響正常生產(chǎn)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用污染地下水將影響土壤性質(zhì)，抑制農(nóng)作物生長。因此，地下水污染的治理修復(fù)和風(fēng)險管控工作迫在眉睫。地下水污染修復(fù)技術(shù)和風(fēng)險管控措施主要包括抽出處理技術(shù)、化學(xué)氧化/還原技術(shù)、生物技術(shù)、曝氣技術(shù)、可滲透反應(yīng)墻(permeable reactive barrier，PRB)技術(shù)、監(jiān)測自然衰減技術(shù)、雙/多相抽提技術(shù)等。其中，PRB技術(shù)不涉及地下水的抽提，避免了傳統(tǒng)抽出處理(pump-and-treat)的地下水泵取和處理工程消耗大，費用昂貴以及需定期維護和監(jiān)測等問題，是一種基于原位的被動系統(tǒng)，具有無需外源動力，不占用地面空間，造價低廉，修復(fù)填料可更換，對污染物的去除具有普適性，安裝完畢后幾乎不需要運行費用，對生態(tài)環(huán)境影響較小等特點。美國國家環(huán)境保護局(US EPA)于1982年提出PRB技術(shù)，并于1998年發(fā)布了《污染物修復(fù)的PRB技術(shù)》手冊。加拿大Waterloo大學(xué)于1989年創(chuàng)建一套完整的PRB系統(tǒng)，并采用該技術(shù)成功修復(fù)了污染地下水。此后，歐美一些國家和地區(qū)對PRB技術(shù)做了大量的試驗研究和工程探索，有效地去除了污染地下水中的重金屬、有機物、放射性核素和無機離子。

1PRB技術(shù)簡介

1.1PRB技術(shù)及其原理

PRB技術(shù)是在地下含水層安裝填充透水反應(yīng)介質(zhì)的連續(xù)墻體，當?shù)叵滤髟谔烊凰μ荻茸饔孟峦ㄟ^該反應(yīng)介質(zhì)時，利用物理、化學(xué)和生物降解等方法將地下水中的污染組分轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的形式或直接截留在墻體內(nèi)，達到處理或阻隔污染羽的一種地下水原位修復(fù)技術(shù)。PRB技術(shù)去除污染物的原理主要分為降解、沉淀和吸附。降解是通過氧化還原反應(yīng)將污染物分解成無害的物質(zhì)，或通過微生物生長和新陳代謝將污染物分解，達到去除污染物的目的。如利用零價鐵(zero valent iron，ZVI)氧化有機氯化物，使其發(fā)生脫鹵或氫解反應(yīng)實現(xiàn)無害化，或利用硝化細菌降解硝酸鹽，使其轉(zhuǎn)換為亞硝酸鹽或氮氣。沉淀是通過礦物顆粒的溶解和沉淀析出作用將污染物轉(zhuǎn)化成不可溶解的、化學(xué)狀態(tài)不可改變的沉淀而去除。如通過活性物質(zhì)羥磷灰石的溶解提高磷酸鹽濃度，利用磷酸鹽與金屬鉛生成磷酸鉛顆粒沉淀，去除金屬污染物鉛。吸附是通過吸附劑的吸附或生物絡(luò)合作用，生成化學(xué)狀態(tài)不變的物質(zhì)，去除污染物。如通過活性炭的吸附作用去除有機污染物，通過沸石或者合成的離子交換樹脂去除離子型污染物。

1.2PRB技術(shù)結(jié)構(gòu)

PRB技術(shù)結(jié)構(gòu)類型需要根據(jù)污染場地的特定條件來確定，通常設(shè)置于垂直地下水流動方向、污染羽的下游。按結(jié)構(gòu)類型不同，PRB結(jié)構(gòu)分為連續(xù)反應(yīng)帶系統(tǒng)、漏斗-導(dǎo)門式反應(yīng)系統(tǒng)、注入式反應(yīng)系統(tǒng)和反應(yīng)單元被動收集系統(tǒng)(圖1)。

圖1 PRB結(jié)構(gòu)類型

Fig.1 Types of PRB structure

由圖1可見，連續(xù)反應(yīng)帶式PRB主要由透水的活性反應(yīng)介質(zhì)帶狀區(qū)域組成，具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計安裝方便，對天然地下水流場干擾較小的特點，適用于處理地下水位較淺、污染羽規(guī)模較小的場地。漏斗-導(dǎo)門式PRB主要由低滲透性的隔水墻和活性反應(yīng)介質(zhì)組成，利用隔水墻控制和引導(dǎo)地下水流匯集后通過活性反應(yīng)介質(zhì)去除污染物，適用于處理地下水埋深較淺、污染羽規(guī)模較大的場地，能夠?qū)⑽廴居饾舛染鶆蚧?，減少反應(yīng)填料，節(jié)省建造費用，但是對天然地下水流場會產(chǎn)生一定的干擾。注入式PRB是利用若干處理區(qū)域相互重疊的注射井注入活性反應(yīng)介質(zhì)，形成帶狀的反應(yīng)區(qū)域，將流經(jīng)反應(yīng)區(qū)域地下水中的污染組分去除；其不適用于低滲透性的含水層，無法更換反應(yīng)介質(zhì)，對系統(tǒng)的維護和壽命產(chǎn)生一定影響。反應(yīng)單元被動收集PRB是通過收集槽將地下水流引入利用反應(yīng)介質(zhì)構(gòu)建的反應(yīng)單位，將水流匯集后通過反應(yīng)介質(zhì)將污染物去除，適用于污染羽較寬的場地。

1.3PRB技術(shù)修復(fù)填料

PRB技術(shù)的關(guān)鍵是反應(yīng)墻中活性反應(yīng)介質(zhì)(修復(fù)填料)的選擇，合理高效的修復(fù)填料需要滿足以下幾個基本條件：1)反應(yīng)材料能夠通過物理、化學(xué)或生物反應(yīng)將地下水中的污染組分快速去除，不產(chǎn)生二次污染問題；2)反應(yīng)材料的水力傳導(dǎo)能力符合污染場地的水文地質(zhì)條件，粒度均勻，粒徑適當，具有較高的滲透系數(shù)；3)反應(yīng)材料在地下水水力和礦化作用下具有穩(wěn)定性和抗腐蝕性；4)反應(yīng)材料應(yīng)易于大量獲得，確保處理系統(tǒng)能夠長期有效運行。目前已投入場地工程應(yīng)用、經(jīng)濟適用的修復(fù)填料主要包括ZVI填料、鐵的氧化物和氫氧化物、有機填料(如活性炭等)、堿性絡(luò)合劑〔如硫酸(亞)鐵等〕、磷酸礦物(如磷石灰等)、硅酸鹽、沸石、黏土、離子交換樹脂、微生物、高分子聚合物等。在PRB的試驗研究和工程應(yīng)用中，ZVI是最常見的反應(yīng)活性填料。零價鐵PRB主要是通過ZVI較強的還原作用將有機污染物、重金屬、無機陰離子降解為無毒或低毒產(chǎn)物，再通過PRB內(nèi)的沉淀、吸附、絡(luò)合、共沉淀等作用去除污染物。ZVI填料易大量獲得且價格便宜，可以采用粉末狀、顆粒狀、膠狀、網(wǎng)狀等不同形式。粉末狀ZVI多為商業(yè)生產(chǎn)，分為微米級和納米級等尺寸，具有較高的比表面積和反應(yīng)速率；顆粒狀ZVI來源于加工廠的銼屑、切屑、刨屑等廢物，盡管比表面積較小，但具有成本優(yōu)勢；膠狀和網(wǎng)狀ZVI作為一種新型使用形式，能夠提高污染物的降解速率，且減少用量。

2PRB技術(shù)修復(fù)機理

2.1ZVI填料修復(fù)機理

2.1.1含氯有機物的脫氯

含氯有機物(RCl)的脫氯原理主要是ZVI作為電子供體提供電子，RCl接受電子發(fā)生還原脫氯，產(chǎn)生無毒物質(zhì)。其氧化還原反應(yīng)方程式如下：

可見，RCl在與ZVI和水共存體系中存在三重脫氯反應(yīng)，由于Fe2+還原速率比Fe0慢，且必須有催化劑存在才能使H2和RCl發(fā)生反應(yīng)，所以ZVI的還原脫氯反應(yīng)以Fe0直接與RCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)為主。

ZVI與RCl的還原脫氯是一個界面反應(yīng)過程，其反應(yīng)速率不僅與RCl濃度有關(guān)，還與ZVI活性表面、pH、溫度等有關(guān)。有研究認為，ZVI對RCl的還原脫氯過程中，剛開始ZVI表面積視為不變，反應(yīng)遵從準一級動力學(xué)；隨后反應(yīng)產(chǎn)物造成ZVI表面鈍化失活，反應(yīng)逐漸偏離準一級動力學(xué)，ZVI活性表面隨反應(yīng)時間延長而衰減。利用ZVI降解1,2-二氯乙烷(DCE)、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)的試驗表明，鐵粉的比表面積是影響反應(yīng)活性的重要因素，脫氯過程中產(chǎn)生的氣體和沉淀均會影響ZVI比表面積，初始反應(yīng)速率較快，隨后減慢。同時，在ZVI對RCl的還原脫氯過程中，系統(tǒng)氧化還原電位(ORP)會迅速降低(從初始約-400 mV降至約-500 mV)，反應(yīng)消耗H+并生成H2和OH-，會顯著提高pH(增至大于9.0)，降低脫氯速率；當溫度由25 ℃降至10 ℃時，TCE的降解速率下降約4倍。ZVI降解RCl的半衰期為0.013～20 h，是天然生物降解速率的5～15倍。

2.1.2金屬陽離子的去除

ZVI對金屬陽離子的去除機理主要包括吸附、還原和沉淀，能夠去除鉻、砷、鎘、鉛、銅等重金屬。ZVI僅吸附去除標準電極電位(E0)接近或低于Fe0的E0的金屬離子(如Zn2+、Cd2+、Ba2+)。在酸性條件下，ZVI主要是以表面/內(nèi)部吸附作用去除重金屬。在中性至堿性條件下，碳酸鹽沉淀提供不同類型的表面吸附點位與金屬離子形成共沉淀。此外，金屬離子的氫氧化物沉淀在金屬的吸附過程中也可能起重要作用。ZVI吸附和還原去除E0稍高于Fe0的E0的金屬離子(如Ni2+、Pb2+)，但僅還原去除E0遠高于Fe0的E0的金屬離子〔如Ag+、Cu2+、Hg2+、Cr(Ⅵ)〕。ZVI主要是通過發(fā)生氧化還原反應(yīng)將高價的金屬離子還原為低價態(tài)，以單質(zhì)或不可溶的化合物沉淀去除。以ZVI去除Cr(Ⅵ)的反應(yīng)機理為例，其化學(xué)反應(yīng)式主要為：

ZVI能夠有效、快速地去除地下水中的Cr(Ⅵ)，去除速率主要受Cr(Ⅵ)初始濃度、pH、溫度等因素影響，5 min內(nèi)的去除率可達90%以上。ZVI還原去除Cr(Ⅵ)的反應(yīng)主要發(fā)生在ZVI的邊緣及表面，而內(nèi)部沒有發(fā)生反應(yīng)；ZVI粒徑越小，利用效率越高，對Cr(Ⅵ)處理效果越好。ZVI去除Cr(Ⅵ)反應(yīng)中，一方面ZVI自身氧化生成Fe2O3、Fe(OH)3或FeOOH水氧化合物；另一方面ZVI將Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)的同時，生成Cr2O3、Cr(OH)3、CrOOH及鉻鐵難溶絡(luò)合物覆蓋在ZVI表面，阻礙ZVI的進一步反應(yīng)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞。ZVI在去除重金屬、放射性物質(zhì)時，都是先將這些污染物還原為低價態(tài)，進一步通過直接或絡(luò)合沉淀去除，并伴隨吸附、共沉淀等作用。

2.1.3含氧酸根離子的還原、吸附和沉淀

ZVI對地下水中的含氧酸根離子(如也有一定的去除效果。其中，ZVI還原的反應(yīng)方程式如下：

研究表明，ZVI對去除率可達80%以上，反應(yīng)過程中，被還原為和N2，其中屬于還原過渡態(tài)，為主要產(chǎn)物。此外，ZVI還可以還原硝基苯等硝基芳香烴類污染物為芳香胺類化合物，反應(yīng)原理與ZVI還原類似，將—NO2還原成—NH2或—NH。

2.2礦物填料修復(fù)機理

PRB技術(shù)中常見的礦物填料主要包括磷石灰、硅酸鹽、沸石和黏土等，其中磷石灰和沸石應(yīng)用廣泛。礦物填料的修復(fù)機理一方面是填料作為沉淀劑，通過調(diào)整礦物相的溶解和沉積狀態(tài)固定污染物，達到去除污染物的目的；另一方面是填料作為吸附劑，吸附污染物。

2.2.1磷石灰磷石灰因具有較低的溶解性和較強的穩(wěn)定性，能夠有效處理重金屬和放射性物質(zhì)污染的地下水。磷石灰去除重金屬的反應(yīng)機理主要包括離子吸附與交換、溶解沉淀、表面絡(luò)合。以磷石灰去除地下水中Cd2+為例，磷石灰主要通過其表面的官能團與Cd2+發(fā)生表面絡(luò)合作用，以及Ca2+與Cd2+之間的共沉淀作用來吸附Cd2+，同時，磷石灰礦物中的一些結(jié)構(gòu)通道也可以通過離子吸附和交換作用去除Cd2+。

2.2.2沸石沸石因內(nèi)部有許多孔徑均勻的孔道和很大內(nèi)表面的空穴，而具備獨特的吸附、篩選、陽離子交換、催化等性能，被廣泛應(yīng)用于實際場地修復(fù)中。沸石主要通過陽離子交換作用吸附地下水中的鉛、銅和鎘等重金屬，達到去除污染物的目的。

2.3其他填料修復(fù)機理

2.3.1活性炭活性炭具有非常豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，是一種吸附能力強、性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿和熱、不溶于水或有機溶劑、易再生的環(huán)境友好型吸附劑?；钚蕴刻盍螾RB依靠活性炭分子間范德華力作用的物理吸附或與吸附分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)吸附來去除污染物，地下水pH、有機質(zhì)濃度、接觸時間、污染物理化性質(zhì)和初始濃度等影響活性炭的吸附效果。

2.3.2微生物菌劑微生物菌劑填料PRB屬于基于生物降解作用的PRB，即生物反應(yīng)墻(biological permeable reactive barrier，BPRB)。BPRB通過添加微生物菌劑，提供電子供體/受體來降解地下水中的污染物，其對污染物的去除效率主要受微生物碳源、電子供體以及pH、溫度和鹽度等地下水環(huán)境的影響。

2.3.3釋氧化合物釋氧化合物(oxygen releasing compounds，ORC)一般指固體過氧化物(如MgO2、CaO2)，是一種能夠簡便、高效地增加地下水中溶解氧濃度的材料，被廣泛應(yīng)用于污染地下水修復(fù)。ORC通過與水反應(yīng)釋放氧氣來提高地下水中的溶解氧濃度，為污染物提供電子受體，提高PRB中污染物的好氧生物降解效率。ORC因價格低廉而適合規(guī)?；瘧?yīng)用，常作為BPRB的輔助填料為地下水供氧，成為較有應(yīng)用前景的新型PRB填料。

3PRB技術(shù)工程應(yīng)用

3.1國外應(yīng)用案例

PRB技術(shù)作為具有巨大工程應(yīng)用潛力的原位修復(fù)技術(shù)，在歐美已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，成為目前污染地下水修復(fù)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。在PRB的工程應(yīng)用中，零價鐵PRB的應(yīng)用最為廣泛，全世界已有120例零價鐵PRB，其中美國就有90多例零價鐵PRB的成功案例。零價鐵PRB技術(shù)在歐美國家的部分工程應(yīng)用案例見表1。這些工程應(yīng)用案例中，PRB結(jié)構(gòu)類型多為連續(xù)反應(yīng)墻和漏斗-導(dǎo)門式反應(yīng)墻，處理的污染物主要為RCl和重金屬，對污染物具有顯著的去除效果，能夠達到預(yù)期目的。

PRB工程應(yīng)用的大部分案例能夠達到預(yù)期的效果，但是也有部分PRB技術(shù)在實踐過程中是失敗的，失敗原因主要是不能有效地捕獲并處理目標污染物。如1997年，在美國田納西州橡樹嶺Y-12國家安全綜合能源部安裝了一座以砂礫和ZVI為材料的PRB來處理地下水中混合污染物U和運行3年多后，由于含量過高造成ZVI腐蝕和反應(yīng)介質(zhì)孔隙度嚴重減少，以及水流方向混雜和反應(yīng)介質(zhì)界面板結(jié)造成反應(yīng)墻水力性能惡化，最終導(dǎo)致地下水流繞過ZVI流到PRB外側(cè)。2008年，在瑞士的圖恩安裝了一座以ZVI為填料的PRB修復(fù)地下水中的Cr(Ⅵ)；運行2年后發(fā)現(xiàn)，由于含水層地下水流速快以及碳酸鈣和溶解氧含量處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致PRB系統(tǒng)對Cr(Ⅵ)的去除效果較差。因此，為確保PRB系統(tǒng)能夠完全截獲污染羽、去除污染物，并長期有效運行，需要在工程應(yīng)用前對場地特征、污染物分布等因素進行系統(tǒng)評估。

表1 零價鐵PRB工程應(yīng)用案例

3.2國內(nèi)應(yīng)用案例

我國PRB技術(shù)的研究起步較晚，集中于實驗室模擬研究，仍處于初步探索階段，應(yīng)用于污染場地地下水修復(fù)的工程實踐尚不多見。

Hou等于2011年在遼寧省沈陽市渾河中下游的一個傍河型地下水源地(面積約36 km2)利用高壓旋噴技術(shù)和旋挖技術(shù)建設(shè)漏斗-導(dǎo)門式PRB示范工程，以保護15#目標水源井(保護區(qū)距離渾河150～200 m)，避免的污染。該系統(tǒng)長約15 m(反應(yīng)墻體長6.25 m，2個邊翼呈45°阻隔墻，各長4.5 m)，厚1 m，深40 m。反應(yīng)介質(zhì)主要為天然沸石(粒徑為3～5 mm)，利用沸石的吸附作用及沸石表面微生物的硝化作用共同去除系統(tǒng)運行后出水濃度低于0.5和出水濃度滿足GB/T 14848《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類水質(zhì)要求。

田雷于2012年在河南省焦作市府城村示范工程場地開展了應(yīng)用復(fù)合介質(zhì)PRB技術(shù)修復(fù)地下水TCE和甲苯污染的中試試驗。PRB系統(tǒng)為長12 m、寬4 m、高5 m的地下式混凝土反應(yīng)池，PRB反應(yīng)單元包括還原去除TCE的ZVI反應(yīng)墻(長1 m、寬5 m、高3 m)和降解去除甲苯的高效生物掛膜陶粒反應(yīng)墻(長1 m、寬5 m、高3 m)，結(jié)果表明，復(fù)合介質(zhì)PRB對TCE和甲苯去除效果比較明顯，但當?shù)叵滤写嬖诟邼舛葧r，會嚴重影響ZVI的使用壽命。

滕應(yīng)等于2015年12月在內(nèi)蒙古包頭市西南方向3 km處的稀土金屬冶選尾礦庫污染場地(庫區(qū)面積約10 km2)建成PRB修復(fù)技術(shù)示范基地。該PRB技術(shù)結(jié)構(gòu)為注入式反應(yīng)系統(tǒng)，采用沸石/生物炭/D301復(fù)合材料(比例為1∶1∶1)作為活性反應(yīng)介質(zhì)，去除地下水中的硫酸鹽(濃度約為700 mg/L)。綜合考慮示范區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、含水層厚度、污染羽分布及現(xiàn)場條件和PRB的適用性，在示范區(qū)設(shè)置3排反應(yīng)活性井(共14個點，相鄰兩點間隔3 m)及深度為10～11 m的注射井，填入活性反應(yīng)介質(zhì)，形成半徑約1.5 m的活性區(qū)域，同時在示范區(qū)東西兩側(cè)分別建設(shè)隔水墻(長4.5 m、寬0.65 m、高10.1 m)，引導(dǎo)、匯集地下水進入修復(fù)區(qū)。初步監(jiān)測結(jié)果表明，部分注射井地下水中硫酸鹽濃度已滿足GB/T 14848的Ⅲ類水質(zhì)(≤250 mg/L)要求。

宋昕等于2018年8月在原長沙鉻鹽廠完成了PRB中試研究，該中試項目成功攔截凈化了鉻污染地下水。

4PRB技術(shù)存在問題及展望

雖然PRB技術(shù)的研究不斷深入，工程實踐逐漸增加，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，但是該技術(shù)還存在一些不足，阻礙了其進一步的發(fā)展。

4.1反應(yīng)填料

PRB活性填料會隨著反應(yīng)過程中有毒金屬、鹽類和生物活性物質(zhì)的積累而逐漸失去活性，導(dǎo)致系統(tǒng)反應(yīng)有效性下降。如隨著反應(yīng)填料吸附物的積累、沉淀物的覆蓋、微生物的過度繁殖或壞死等可能會導(dǎo)致PRB系統(tǒng)的堵塞。研究表明，二次含鐵礦物可以通過釋放的Fe2+溶解礦物或者腐蝕的金屬，使附著在ZVI表面的沉淀物脫落，恢復(fù)ZVI的活性，提高ZVI對污染物的去除能力?，F(xiàn)階段國內(nèi)外解決零價鐵PRB系統(tǒng)鈍化問題的方法主要包括電化學(xué)法和超聲法，如Lu等采用外加電場的電化學(xué)法解鈍ZVI，逐層削落ZVI表面的鈍化層，恢復(fù)系統(tǒng)初始去除速率(約100.4%～131.3%)；Geiger等采用超聲法去除鈍化的ZVI表面，恢復(fù)其活性，使去除能力增長了21%～67%；王興潤等認為，將ZVI與石英砂混合后增加了反應(yīng)填料的滲透系數(shù)，可以解決PRB系統(tǒng)堵塞問題；Vikesland等認為，ZVI脫氯過程生成的沉淀對PRB系統(tǒng)使用時間的影響要遠小于ZVI本身的鈍化問題。因此，需加強對反應(yīng)填料性質(zhì)及活性的研究，解決好反應(yīng)填料的堵塞問題，以保證PRB系統(tǒng)的長期有效運行。

4.2修復(fù)機理

零價鐵PRB對RCl的去除機理、對金屬陽離子的吸附機理、對無機離子的去除機理等還存在爭議，地下水的pH、微生物、水流速度等因素對反應(yīng)的影響也不完全明確。研究認為，零價鐵PRB對污染物的去除機理主要是通過共沉淀作用而不是脫氯還原作用，金屬陽離子的氫氧化物沉淀在金屬的固定中可能發(fā)揮著重要作用；ZVI對四氯化碳的還原過程中，地下水pH的升高對脫氯速率的降低作用并不十分顯著，但能夠減少有毒的不完全脫氯產(chǎn)物的積累；微生物可以通過減弱無機鹽離子對ZVI的鈍化，通過新陳代謝產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)等方式促進PRB對污染物的去除，也可以將產(chǎn)生的沉淀和氣體吸附在ZVI表面，阻斷ZVI和污染物之間的電子傳遞，鈍化ZVI。因此，要加強ZVI等反應(yīng)介質(zhì)修復(fù)機理的研究，解決PRB對目標污染物去除有效性的不確定性，避免環(huán)境條件的改變可能導(dǎo)致被固定的污染物再次進入地下水環(huán)境的風(fēng)險。

4.3設(shè)計安裝

PRB的設(shè)計與安裝受到地質(zhì)環(huán)境、污染物特征、安裝深度等條件限制，需要加強場地水文地質(zhì)條件、污染物分布、地下水化學(xué)特征，以及施工工藝等相關(guān)因素研究，并通過全面、長期的連續(xù)監(jiān)測，獲取PRB工程應(yīng)用中的相關(guān)參數(shù)，來評估PRB技術(shù)的運行效果。PRB的工藝設(shè)計是安裝中最重要的環(huán)節(jié)，需要通過獲取PRB技術(shù)參數(shù)、水文地質(zhì)模擬、活性填料區(qū)厚度設(shè)計、數(shù)值模擬不確定分析等步驟來確定施工工藝。在工程實踐過程中，PRB系統(tǒng)可能會因為反應(yīng)介質(zhì)活性喪失、水力條件改變，甚至工藝設(shè)計錯誤等因素導(dǎo)致失敗。因此，需要加強PRB技術(shù)工藝設(shè)計、安裝條件的研究，來確保PRB的長期有效運行。

5應(yīng)用前景展望

地下水PRB修復(fù)技術(shù)是一種高效、新興的技術(shù)，具有其他技術(shù)無法比擬的獨特優(yōu)勢。我國PRB技術(shù)處于技術(shù)研發(fā)和推廣階段，結(jié)合我國大部分地區(qū)水資源短缺和地下水污染嚴峻，綜合能源和經(jīng)濟因素，將PRB技術(shù)應(yīng)用于地下水污染的治理修復(fù)是可行的。PRB技術(shù)中新型或復(fù)合反應(yīng)介質(zhì)的開發(fā)、不同類型污染物的修復(fù)機理和效果評價，以及PRB技術(shù)的設(shè)計和施工、工程應(yīng)用和優(yōu)化、運行過程中的數(shù)值模擬等將是未來國內(nèi)外研究的重點。污染地下水PRB修復(fù)技術(shù)將是我國污染地下水修復(fù)和風(fēng)險管控技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。隨著對PRB系統(tǒng)反應(yīng)填料、修復(fù)機理、設(shè)計施工等的深入研究，PRB技術(shù)及其長期運行的穩(wěn)定性和有效性將得到完善，進而促進PRB技術(shù)的商業(yè)化進程。

原標題:污染地下水可滲透反應(yīng)墻(PRB)技術(shù)研究進展