PRB在地下水污染修复中的应用与研究进展_邱锦安
PRB技术修复受硝酸盐污染地下水
PRB技术修复受硝酸盐污染地下水随着社会经济的进展、农业化肥的过度使用、生活污水和工厂污水的违规排放，我国不少地区地下水中存在着硝酸盐污染。
国内外讨论表明，饮用受到硝酸盐污染的地下水会严峻危害人类的健康，导致听视觉反应迟钝、高铁血红蛋白症甚至诱发癌症。
常见的地下水硝酸盐污染修复技术主要有电渗析法、离子交换法、活泼金属还原法、可渗透反应墙(permeablereactivewall，PRB)法。
其中，PRB技术由于技术相对成熟且具有建设运行成本低、处理力量长期有效、环境扰动小的优点而被广泛运用在工程实践中。
它的原理是通过在受污染区域安装可渗透被动反应墙体，当受污染的地下水流经反应墙体时，与墙内充填介质发生物理、化学、生物反应，达到去除污染物质的目的。
生物脱氮是PRB法中去除硝酸盐的重要途径。
在缺氧条件下，反硝化细菌能够以硝酸盐中的化学结合氧作为最终电子受体，将硝酸盐还原为无害的氮气。
地下水中有机碳含量不足以满意PRB技术生物脱氮中反硝化作用对电子供体的要求，因此，需要在可渗透墙体中加入足量碳源材料作为强化反硝化作用的充填介质，这可以加快硝酸盐污染水体的修复速率，提高污染物质的去除率。
由于干净的地下水中溶解氧浓度一般较高，不利于反硝化所需的缺氧环境，可通过部分碳源在异养菌的作用下被消耗的同时使水中溶解氧得到消耗，从而为反硝化营造缺氧的环境。
本文主要争论PRB修复受硝酸盐污染地下水的碳源材料，其中以可生物降解塑料为骨架的新型缓释碳源材料将会是将来特别重要的讨论和应用方向，以期为PRB修复受硝酸盐污染地下水的碳源选择供应指导，且为受硝酸盐污染地下水的修复供应科学依据。
一、PRB技术的工艺简介PRB是指通过在受污染区域下游与地下水流淌垂直方向上构筑一个填充有反应材料的渗透性墙体，墙体组成一般包括滤层、筛网和反应材料。
墙体的渗透系数通常要求大于等于污染区域含水层渗透系数的2倍，但在实际状况中，为了达到最佳的去除效果，往往会达到污染区域含水层渗透系数的数十倍以上。
PRB技术处理污染地下水的试验研究
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PRB技术在地下污水修复中的
常见的地下水污染组分有重金属、有机质和无机 质等等,由于不同的污染组分有着不同的物理化学特性, 在进行原位处理时所需要的机制及反应材料也有所不 同。但就反应材料来讲,其大体上可以分成两类:一些材 料可以和污染物发生化学反应,从而分解污染物使其转 化为对人体和环境无害或危害较轻的组分(接触脱卤反 应、去氮反应、氧化反应)；另一些材料是通过将污染 组分从溶液中转移到固体颗粒表面。大量既经济又适 用的反应材料已经在工程上得到应用或正在研究之中。 如零价铁屑、活性炭、轮胎碎片、泥煤、稻草、锯末、 树叶、黑麦籽、高锰酸钾晶粒以及泥炭和砂的混合物 等等。这些材料大部分都是工农业材料的残料或价值 低廉的产品,它们的使用很大程度上达到了废品再生的 目的。其中零价铁碎屑是目前使用最广泛的反应材料, 有关其在从有机污染、无机污染到放射性污染治理的 研究和应用的报道已有很多。
在我国,目前已逐步开展了透水性反应墙技术的研究, 但绝大部分还属于实验室的基础理论研究,实地应用研究 非常少。资金的紧缺、人们对于污染地下水修复缺乏足 够的关注以及由于对污染地下水地区的土壤类型、地质 状况、污染组分、污染强度、影响深度、范围、平均污 染响应时间和气候水文等基础数据都非常欠缺等因素都 限制了透水性反应墙技术在我国的发展。 在欧美的一些发达国家，PRB技术已经得到了广泛 的应用。美国北卡罗来纳州［1］Elizabeth地区的六价铬和 TCE污染严重，采用铁屑作为活性材料，构建的连续型可 渗透反应墙，成功的修复了该地区被污染的地下水。经 过墙体后，地下水中铬的浓度由10.00mg/L降为 0.010mg/L，TCE由6.000mg/L降为0.005mg/L，达到了当 地的相关地下水标准[9,10]。
2 结构类型 PRB有三种基本结构：连续墙、漏斗一通 道结构和灌注处理带式结构。 (1)连续墙式PRB即在污染地下水下游区域 内安装渗透墙，此种结构适于处理地下水污染 的羽状体较小的情况，墙体必须囊括整个羽状 体的宽度和深度。连续墙结构比较简单，对流 场的复杂性敏感度低，不会改变自然地下水流 向，但相对于漏斗一通道结构费用较高。
PRB技术修复地下水污染的研究现状
PRB技术修复地下水污染的研究现状
王惠东;王艳芬;曾云嵘
【期刊名称】《江西化工》
【年(卷),期】2016(000)006
【摘要】介绍地下水修复技术的分类,论述可渗透反应墙技术的原理和结构,综述了当前国内外可渗透反应墙技术的应用情况,最后指出该技术当前存在的问题.
【总页数】3页(P24-26)
【作者】王惠东;王艳芬;曾云嵘
【作者单位】东华理工大学水资源与环境工程学院,江西南昌330013;东华理工大学水资源与环境工程学院,江西南昌330013;东华理工大学水资源与环境工程学院,江西南昌330013
【正文语种】中文
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5.地下水污染修复技术研究进展——零价铁PRB技术的应用与实践 [J], 胡莺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PRB技术在地下水污染修复中的研究进展_崔海炜
PRB 技术在地下水污染修复中的研究进展崔海炜,孙继朝,向小平,张玉玺,刘景涛(中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄050061)[摘 要] 在综合分析可渗透反应墙(PRB )修复污染技术基础上,提出了存在问题及发展趋势,进而理出需通过深入研究,提高修复系统性能及其可行途径。
预计在不远的将来,PRB 处理工艺的持续性也同样会有大幅度改进和发展。
[关键词] 可渗透反应墙(PRB );地下水污染;修复技术;地球化学[中图分类号] X523 [文献标识码] A [文章编号] 1004-1184(2010)03-0081-03[收稿日期] 2010-02-20[作者简介] 崔海炜(1978-),男,河北石家庄人,硕士,工程师,主要研究方向为地下水污染修复与污水资源化。
A dvance on Research of Per m eable Reactive Barr ier Technologyfor Re m ed i a tion of Groundwa ter C on tam i n a tionCU I Ha i -we i ,SUN J i -chao,X I ANG X i a o -p i n g,ZHA NG Y u -x i ,L IU J i n g -tao(Institute of H ydr ogeol ogy and Environm ental Geol ogy,Cags,Shijiazhuang 050061,H ebei )A bstract:It summ arizes the basic rem ediation m echanis m ,the basic structure and selecti on of the active m aterial of the per m eable reactive barrier,and introduces the advantages and p r oblem s of per m eable barrier technol ogy for rem edia 2tion of gr oundwater contam ination .A ccording to above research p r ogress,this paper put for ward the developm ent trend of per 2m eable reactive barrier technology for rem ediation,and considered that further research should be done to enhance the perfor m 2ance of per m eable reactive barrier technology .Keywords:Per m eable reactive barrier (PRB );gr oundwater contam ination;rem ediati on technology and geochem istry 随着现代化工业的快速发展,产生大量废弃物进入环境,导致土壤和地下水的污染日趋加剧。
可渗透反应墙(PRB)技术综述
可渗透反应墙(PRB)技术综述1. 引言1.1 PRB技术概述可渗透反应墙（Permeable Reactive Barrier, PRB）技术是一种被广泛应用于地下水和土壤污染治理的技术。
PRB技术通过在地下埋设可渗透的隔离墙，使地下水在墙体中通过时发生化学反应，达到污染物去除的效果。
PRB技术的主要原理是通过墙体中填充的特定材料，例如铁、活性炭等，来吸附、还原、氧化或中和地下水中的有害物质，从而达到净化地下水的目的。
PRB技术具有快速、高效、可控的优点，被广泛应用于处理多种地下水和土壤污染，如重金属、有机物、氯化物等。
相比于传统的治理方法，PRB技术不仅能够减少治理周期和成本，还能够在地下水流动的同时进行污染物去除，降低了二次污染的风险。
由于PRB技术的独特优势和高效性能，越来越多的环境工程领域开始采用这种技术进行地下水和土壤修复。
随着技术的不断创新和完善，PRB技术有望在未来在环境修复领域发挥更加重要和广泛的作用。
1.2 PRB技术应用范围1. 地下水污染治理：PRB技术可以有效阻挡地下水中的有害物质迁移，避免地下水进一步受到污染。
2. 土壤修复：PRB技术可以在土壤中形成一道阻隔带，阻止有害物质向健康土壤迁移，从而实现土壤修复的效果。
3. 河流湖泊水体治理：PRB技术可以被应用于河流、湖泊等水体的治理中，阻止有害物质向水体迁移，维护水体生态环境。
5. 矿山环境修复：PRB技术可以被用于矿山环境的修复工作，有效隔离矿山废弃物中的有害物质，减少对周围环境的影响。
2. 正文2.1 PRB技术原理可渗透反应墙（PRB）技术原理主要是基于地下水流动及化学反应原理。
PRB通过安排一系列带有特定吸附性和反应性材料的墙来拦截和处理地下水中的有害物质。
当地下水流经PRB时，有害物质被吸附、降解或转化为无害物质，从而净化地下水。
PRB技术的主要原理包括吸附、生物降解、还原/氧化、沉淀和阴离子交换等机制。
吸附是指有害物质通过空气或水被固定在固体表面上的过程，例如活性炭可以吸附有机物质。
PRB技术在污染场地治理中的应用及展望
2020年 第24期 广 东 化 工 第47卷 总第434期 · 99 ·PRB 技术在污染场地治理中的应用及展望褚兴飞，王殿二，顾志军(上田环境修复有限公司，江苏 常州 213000)[摘 要]可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier PRB)技术是处理土壤和地下水污染的新趋势。
本文综述了PRB 技术的反应原理和结构，重点介绍了PRB 技术研究内容的核心——反应区域介质，简述了国内外PRB 技术的应用及研究现状。
在此基础上，对PRB 技术在我国污染场地治理中的应用前景进行了展望。
[关键词]可渗透反应墙；污染场地；环境修复；反应介质[中图分类号]X5 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)24-0099-02Application and Prospect of PRB Technology in Contaminated Site RemediationChu Xingfei, Wang Dian’er, Gu Zhijun(Suntime Environmental Remediation Co., Ltd., Changzhou 213000, China)Abstract: Permeable Reactive Barrier (PRB) technology is a new trend in the treatment of pollution of soil and water. This paper summarizes the reaction principle and structure of PRB technology, focuses on the core of the research content of PRB technology-reaction region medium, and briefly describes the application and research status of PRB technology. Besides, the application of PRB technology in contaminated sites remediation in China is prospected.Keywords: permeable reactive barrier ；contaminated site ；environmental remediation ；reaction media1 引言我国土壤和地下水受有机物和重金属污染较为严重[1-3]。
污染地下水可渗透反应墙(PRB)技术
污染地下水可渗透反应墙(PRB)技术近年来，我国工业化进程的加速导致城市地下水受到严重污染。
原环境保护部公布的《2013年中国环境状况公报》表明，全国200个城市地下水水质监测点中较差-极差水质的比例为59.6%，地下水污染问题日趋严峻。
人群长期饮用受污染的地下水会造成健康危害，工业活动采用污染地下水会降低产品质量，影响正常生产，农业生产使用污染地下水将影响土壤性质，抑制农作物生长。
因此，地下水污染的治理修复和风险管控工作迫在眉睫。
地下水污染修复技术和风险管控措施主要包括抽出处理技术、化学氧化∕还原技术、生物技术、曝气技术、可渗透反应墙(permeablereactivebarrier，PRB)技术、监测自然衰减技术、双∕多相抽提技术等。
其中，PRB技术不涉及地下水的抽提，避免了传统抽出处理(pump-and-treat)的地下水泵取和处理工程消耗大，费用昂贵以及需定期维护和监测等问题，是一种基于原位的被动系统，具有无需外源动力，不占用地面空间，造价低廉，修复填料可更换，对污染物的去除具有普适性，安装完毕后几乎不需要运行费用，对生态环境影响较小等特点。
美国国家环境保护局(USEPA)于1982年提出PRB技术，并于1998年发布了?污染物修复的PRB技术?手册。
加拿大Waterloo大学于1989年创建一套完整的PRB系统，并采用该技术成功修复了污染地下水。
此后，欧美一些国家和地区对PRB技术做了大量的试验研究和工程探索，有效地去除了污染地下水中的重金属、有机物、放射性核素和无机离子。
一、PRB技术简介1.1 PRB技术及其原理PRB技术是在地下含水层安装填充透水反应介质的连续墙体，当地下水流在天然水力梯度作用下通过该反应介质时，利用物理、化学和生物降解等方法将地下水中的污染组分转化为环境可接受的形式或直接截留在墙体内，达到处理或阻隔污染羽的一种地下水原位修复技术。
PRB技术去除污染物的原理主要分为降解、沉淀和吸附。
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PRB在地下水污染修复中的应用与研究进展邱锦安1，张澄博1,2，李洪艺1,2，张永定1，陈仲如1，林涛1，彭利群1（1.中山大学地球科学系，广东广州510275；2.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东广州510275）摘要：地下水污染已成为当今世界严峻的环境问题。
为保护地下水资源，采取有效的地下水污染防治措施已迫在眉睫。
PRB 作为原位治理领域中的新型技术，具有处理时效长、可同时处理多种污染物、运行费用低等优点。
综述了PRB的结构类型、反应介质、反应机理和国内外研究进展，分析了存在的问题，并对其应用前景进行了展望。
关键词：地下水污染；PRB；原位治理；研究进展中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1004-874X（2011）13-0144-03Application and research progress of PRB inremediation of polluted groudwaterQIU Jin-an1,ZHANG Cheng-bo1,2,LI Hong-yi1,2,ZHANG Yong-ding1,CHEN Zhong-ru1,LIN Tao1,PENG Li-qun1(1.Department of Earth Science,Sun Yat-sen University,Guangzhou510275,China；2.Guangdong Province Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources Exploration,Guangzhou510275,China)Abstract:Pollution of the groundwater had became a serious environmental problem in the world today.To protect the groundwater resources,taking effective prevention-control measures of groundwater pollution was very urgent.As a new technology in the field of treatment in situ,Permeable reactive barrier had many advantages such as long processing ag e ing,simultaneous processing various pollutants,inexpensive operating cost and so on.Structure types,reactive medium,reactive mechanism,research progress at home and abroad were discussed generally in the paper.Some problems were analyzed,and the developing prospect was expected.Key words:groundwater pollution；permeable reactive barrier；treating in situ；research progress经济社会不断向前发展，生活、工业、农业等人为活动产生了大量污染物，不但引起地表水污染，还导致了地下水污染。
据统计，我国超过50%的城市地下水污染较严重，大多数的城市地下水水质不断恶化[1]。
在许多农村地区，由重金属引起的土壤污染也日趋严重[2]。
土壤系统与地下水系统紧密联系，土壤污染也导致了地下水污染。
保护人类宝贵地下水资源和治理地下水污染已刻不容缓。
相比传统的异位处理法(如抽出处理法)，属于原位修复的可渗透反应墙（Permeable Reactive Barrier，简称PRB)技术无需外加动力，具有处理效果好、可同时处理多种污染物、处理时效长、运行费用低等优点。
1998年美国环保署将其定义为:在地下安装活性材料墙体用来拦截污染羽状体,使污染羽体依靠自然水力传输，通过预先设计好的反应介质后,溶解的有机物、金属、核素等污染物被降解、吸附、沉淀或去除[3]。
目前欧美发达国家普遍研究PRB 并将其商业化应用，而我国有关PRB技术的研究起步较晚，仍处于试验研究阶段。
1PRB系统及其反应机理1.1PRB简介PRB系统结构类型主要有两类：连续式可渗透反应墙（Continuous PRB）、漏斗-渗透门式反应墙(Funnel and Gate PRB)。
连续式PRB结构比较简单，但它要设计得足够大，确保整个污染水羽体都能通过。
而漏斗-渗透门式PRB将隔水漏斗嵌入隔水层中，引导污水流进导水门，汇集后经过含有反应介质的可渗透反应墙，就可进行污水修复了。
漏斗-渗透门式PRB系统又可分为单通道系统和多通道系统。
多通道又有并连多通道和串连多通道两类。
当污染地下水羽较宽时,主要采用并连多通道系统处理；而对于不同类型污染物混合情况下的地下水处理,一般采用串连多通道系统。
在实际应用时应根据场地、污染物、水流等特征采用结构合理的PRB系统。
在PRB系统构筑过程中，如何选取合理有效、费用低廉的反应材料是个关键问题。
Blowes等[4]研究指出：高效的反应材料必须满足3个基本条件:(1)当污染地下水流经反应墙时,污染组分与反应材料之间应有一定的物理、化学或生物反应性；(2)处理区的反应材料应能大量获得,以确保处理系统能长期有效地发挥功用；(3)反应材料不应产生二次污染。
PRB介质材料主要有零价铁（Fe0）、活性炭、沸石、粘土矿物、煤炭、离子交换树脂、硅酸盐、磷酸盐、高锰酸钾晶粒、石灰石、铁的氧化物和氢氧化物、双金属、微生物、轮胎碎片、泥煤、稻草、锯末、树叶、黑麦籽、堆肥以及泥炭和砂的混合物等[5]。
目前,PRB技术反应介质采用最多的材料是Fe0,它可以加速污染物中的难生物降解有机物的还原或分解,可以有效去除重金属，且取材容易、价格便宜。
PRB系统要在地下运行多年，对于污染成分复杂的地下水，单一的反应介质无法有效地去除这些污染物。
选择收稿日期：2011-05-19基金项目:广东省科技计划项目（2005A30402004）作者简介:邱锦安（1985-），男，在读硕士生，E-mail:qiujinan_sysu @通讯作者:张澄博（1970-），男，博士，副教授，E-mail:eeszcb@mail. 广东农业科学2011年第13期144多元化、多级化的PRB处理系统,其反应介质达到最佳配比，吸附效果会更好。
吉林大学杜连柱等[6]以还原铁粉、铸铁粉、和铸铁粉与活性炭组成的混合物为可渗透反应墙的主要反应介质，分别设计了3种反应体系,处理多氯联苯PCBs污染的地下水，证明了混合介质处理效果要比单一介质反应时要好。
尹国勋等[7]利用铁屑和粉煤灰组合来处理地下水Cr6+，试验研究表明铁与粉煤灰的比值对处理结果有较大影响，当介质投加量一定时，铁屑与粉煤灰的比值越大，其处理效果越好，但当达到一定数值后(1∶1)，随着其比例的增大，去除率又呈缓慢下降趋势。
铁屑与粉煤灰的比值在1时，去除率最高。
1.2反应机理PRB技术有物理、化学、生物3种修复机理，还可再细分为吸附、沉淀、氧化还原和生物降解等多种反应机理[8]。
吸附反应中不同的吸附剂，有着不同的反应机理。
如通过活性炭的吸附作用去除有机组分；采用沸石或者合成的离子交换树脂去除地下水中的离子型污染组分；通过注入阳离子表面活性剂到地下水中，增大有孔介质对有机物的吸附能力。
沉淀反应机理是通过矿物颗粒的溶解和沉淀析出作用来处理污染组分。
如采用羟磷灰石作为活性物质，羟磷灰石的溶解导致磷酸根离子浓度增大，磷酸根离子与铅结合形成磷酸铅颗粒并在水中析出，这样就去除污染组分———铅。
氧化还原反应机理在Fe0－PRB技术中最常见。
如利用零价铁作为电子供体来氧化作为电子受体的氯代有机物，使有机物发生脱卤或氢解反应实现脱毒[9]，从而达到净化水质的目的。
PRB系统的生物降解机理就是消除污染环境中的微生物生长和新陈代谢的限制，从而增大微生物对污染组分的降解速率。
反应介质可以为微生物降解作用提供营养物质，例如用锯末灰来提供可溶解的有机炭，作为硝化细菌的营养物质，从而增大硝酸根的降解速率，使其转换为亚硝酸根或氮气，从而达到了去除污染物的目的。
2PRB应用与研究进展2.1国外应用进展PRB最初的应用可追溯到20世纪70年代[10]，当时将含有石灰岩介质的PRB用于修复酸性矿山污水。
80年代新型的PRB技术并没有得到进一步发展。
直到1989年，加拿大滑铁卢大学安大略省的保登(Borden)现场演示用PRB技术修复受污染的地下水[11]。
进入90年代，PRB技术得到了极大的发展,欧美国家对PRB进行大量的工程研究及试验研究,并已开始将其商业化应用。
1994年，Gillham等[12]首次实地试验考察了零价铁对氯代有机物的还原性脱氯效果，该系统运行5年后，去除效果仍然没有明显下降。
这种成本低廉和处理效果好的技术立刻倍受关注，引起来国内外对PRB的研究潮流。
2001年Conca等[13]在美国Success矿附近修建了PRB 用于修复尾矿库排出的污水。
反应材料是磷灰石。
实验结果表明:地下水中铅、锌和镉浓度减少99%；出水镉和铅的浓度低于检测限以下，pH值增加到6.5～7.0；硫酸盐浓度从250mg/L降到35～150mg/L。
欧洲国家对于PRB的工程实践应用也较早，使用效果也很好。
1995年，英国研究人员[14]在北爱尔兰区的Monkstown 安装了一个漏斗-渗透门式的PRB用来修复治理含有高浓度的除油剂———三氯乙烯的地下水。
这些受污染的地下水流经以Fe0为反应介质的PRB被动反应区后，水中的三氯乙烯浓度减少了。
2002年研究人员在匈牙利安装了一个以碎铁屑为反应介质的连续式PRB系统用来修复受铀污染的地下水[15]。
1年后检测时发现，地下水含铀浓聚物从大约1000 mg/L减少到10mg/L，浓度降幅达99%。
但是发现有大量的沉淀物在PRB系统里，这影响了地下水通过PRB的流量，减弱了Fe0的反应灵敏度。
尽管如此，这个PRB系统还可持续运行60年左右。
2004年保加利亚西部也安装了一个连续式PRB装置，用来修复pH值达2.5～3.7的铀矿矿山酸性污水，这些污水含有高浓度的放射性核素（主要是铀和镭）、重金属、砷和硫酸盐[16]。
这个PRB系统放置了可生物降解的混合有机材料（木屑、牛粪肥等混合物）、压碎的石灰岩、沸石等作为反应介质，硫酸盐还原细菌和其他微生物也在PRB 系统里面。