1.本站不该用户上传的文档完整性，不预览、不比对内容而直接下载产生的问题本站不予受理。
第 23卷第 3期 能 源 环 境 保 护 Vo1．23，No．3 2009年 6月 D En ronmentalProtection Jun．，2009 PRB修复地下水污染的研究综述 呋 王伟宁 ，许光泉 ，史红伟 ，何晓文 2 (1．安徽理工大学地球与学院，安徽淮南 232001； 2．淮南联合大学，安徽淮南 232001) 摘要：综述 了可渗透反应墙 (PRB)的概念、结构、反应机理，按照处理不同的污染物和反应 介质对PRB进行分类，并对此应用现状进行 了分析，分析 当前PRB技术在修复地下水污 染中所遇到的问题，展望其未来发展方向。 关键词：可渗透反应墙 (PRB)；反应机理；PRB分类；问题与展望 中图分类号 ：X523 文献标识码 ：B 文章编号 ：1006—8759(2009)03—0OO9—05 STATUSREVⅢ W oFGROU D、VATER PoI UTIoN RESToRATIoN BY PERM】 LE REACTⅣE BARRm R WANGWei—ning，XU Guang—quan ，SHIHong—wei。，HE Xiao—wen Abstract：Thissimplyintroducestheconcept，htestructure，htereactionmechanism，hte classification accordingtohte differentpollutantsandreactivemediums，and naalysestherecent statusofPRB application，thensupposesquestionshtatneedtobesolvedurgentlyinrecoveryof groundwaterpollutionsnadseeshteprospectofhtePRB technique． Keywords：PRB；reactionmechanism ；classificationofPRB；uqestionsna dprospect 地下水是地球上数量丰富、分布广泛的淡水 国际科学与工程的热点问题之一。传统的地 资源，对于人类生产、生活均有着重要意义。然 下水修复技术是抽出处理 (PumpandTreat)技术， 而，随着生产的发展和生活水平 的提高，产生的固 1982年，美国环保局首次提出PRB的概念 ，1989 体、液体及气体废物越来越多，从不同途径污染着 年，该方法在滑铁卢大学得到了深化。PRB 地下水 。世界卫生组织的调查表明，全世界每 就是一个填充有活性反应介质材料的被动反应 年至少有 1500万人死于水污染引起的疾病n】，这 区，当污染的地下水通过时，其中的污染物质和反 对于经济发展，尤其是对人体健康造成了很大威 应介质发生物理、化学和生物等反应而被吸附、沉 胁 。因此，研究地下水的污染状况，预测其发 淀或降解去除。与传统的抽出处理法相比，PRB无 展趋势，制定相应的控制措施处理污染的地下水， 需外加动力，运行费用低，是一项值得研究和推广 已成为水资源工作的重要 内容之一。 的地下水污染修复技术 乜，目前在欧美已进行了 20世纪 9o年代，污染土壤及地下水的修复 大量的工程及试验研究，已开始商业化应用，并逐 在国际上得到了高度重视，使这一科学问题成为 步取代运行成本高昂的抽出处理技术，成为 目前 地下水修复技术最重要的发展方向之一。 收稿 13期 ：2009一O1—09 资金项 目：淮南市科技专项经费项 目(编号：200702036) 1 PRB概念与结构 第一作者简介：王伟宁(1984一)，男，山东青岛人，硕士研究生。研 究方 向为地下水污染与 防治 。 1．1 PRB概念 · l0· 王伟 宁等 PRB修复地下水污染的研究综述 美国环保署定义：PRB(Permeablereactivebar- 阴离子，如硫酸根、硝酸根、磷酸根等也可 以通过 tier)是一种为达到一定污染治理目标而将特 生物降解反应有效清除 ]，如在有机碳存在的条 定反应介质安装在地面以下的污染处理系统 ，它 件下，厌氧微生物可 以将硝酸根还原为氮气。 能够阻断污染带、将其中的污染物为可 5CH20(s)+4ND；一2N2+5HCO；+2H20+H 接受的形式，但不地下水流动性b1。 研究表明，RRB能够将污水处理厂排出的含 PRB主要由透水的反应介质组成，它通常置 硝氮 90mg／L的中水迅速降解到饮用水标准 1O 于地下水污染羽状体的下游，与地下水流相垂 mg／L以下n。 直。污染物去除机理包括生物和非生物两种，污 2．2 脱 卤反应去除卤代有机物机理 染地下水在 自身水力梯度作用下通过 PRB时，产 在脱 卤降解反应中，金属铁提供电子，发生氧 生沉淀、吸附、氧化还原和生物降解反应，使水中 化反应，而有机污染物为电子受体。Fe。和氯代烃 污染物能够得以去除，在 PRB下游流出处理后的 类的化学反应如下 ： 净化水。此法可去除地下水溶解的有机物、金属、 Fe。修复含有有机污染物的地下水，主要是 放射性物质以及其他的污染物质。 对氯代烃类进行还原脱氯。例如PCE(C 14)的脱 1．2 PRB结构 氯 过 程 有 两条 径 ：一 是 C￡l一C cl，一 PRB有两种基本结构：(1)隔水漏斗导水 门 C l，叶C2H=IC C2}{ C2H6；二是 C l C C卜+ 式结构。此种结构适用于埋藏浅的大型的地下水 C 『+C C ∞第一条径为连续的氢解作 污染羽状体，地下水通过比较小的渗透反应 门，优 用，其 中问产物 C l：和 C 3Cl的降解速度 比 点是反应介质的装填量减少，缺点是干扰了天然 C2HC1慢，而第二条径的中间产物 C C1能很 地下水的流场；(2)连续墙式的结构。用于地下水 快地还原为 CJ-I加因此，第二条径的还原速度较 污染的羽状体较小时，墙体垂直于污染羽状体的 快 】o 迁移途径，横切整个羽状体的宽度和深度，优点是 2．3 微生物修复机理 对天然地下水流场干扰小 ，易于设计 4【J。 微生物的活动可影响氮、硫、铁、锰等元素的 循环。微生物可直接用于硝酸盐 、硫酸盐的去除以 2 PRB反应机理 及通过形成硫化物来沉淀金属离子。微生物与硝 2．1 无机离子去除机理 一 酸盐 、硫酸盐的化学反应如下： 含高价重金属的无机离子，是地下水中的重 5CH20(s)+4NO3--~2N2+5HCO~+2H2()+H3 要污染物之一，其在工业废物、尾矿和核废料污染 2CH2()(s)+S0；一+2H H )+2CO2bq) 的地下水中浓度很高。金属铁与无机离子发生氧 +2H20 化还原反应，将重金属以不溶性化合物或单质的 Me¨+H (加广 MeS()-I-2H 形式从水溶液中析出 J0金属铁和无机离子之间 这里 CH2()代表有机碳的一种简单形式，Me 的化学反应如下 代表 2价金属阳离子。微生物的活动可影响氮、 Fe。(s)+u (aq)一Fe +u02(s) 硫 、铁 、锰等元素的循环。微生物可直接用于硝酸 Fe。(s)+oo2一(aq)+8H 一3Fe +Cr。 盐 、硫酸盐的去除以及通过形成硫化物来沉淀金 +4H2o 属离子。 (1一x)Fe +(x)Cr。+2H Fe(1一Er() 2．4 催化降解反应机理 OOH(S)+3H 采用 比铁活性大的金属作为墙体材料，比铁 3Fe。(s)+HSe0；(aq)+7H --~3Fe +Se。(s) 具有更强的还原性，容易提供电子，铝硅酸盐可以 +4H20 作为缓冲溶液使pH值能保持在较低值(7 8)，使 室内试验证明，金属铁与无机离子的化学反 金属铁更易被氧化 。实验证明，金属铁中加入铝 应可以很快完成。目前实验报道的可以被金属铁 硅酸盐时，Cr 的半衰期比铁和石英砂混合物作 去除的重金属污染物有：铬、镍、铅、铀、锰、硒、铜、 为反应材料减少一个数量级，比单纯铁作反应材料 钴、镉、锌等。金属铁对地下水中一些其他的无机 减小两个数量级。双金属系统(如Fe／Cu，Fe／Ri，Fe／ 第 23卷第 3期 能 源 环 境 保 护 ·ll· Pd)也被证明可以加快污染物降解速率 [10]o 放氧气；第二段以膨化珍珠岩为介质，由于水中氧 气充足该段维持在好氧状态，利用好氧微生物对 3 PRB分类与应用 MTBE进行降解。连续 800h的试验结果表明，当 鉴于地下水污染的严重性，国外学者广泛开 出水 pH值在 8左右时系统可以达到最佳处理效 展地下水污染控制及PRB原位修复技术研究。近 果，MTBE去除率约为 50％，如果反应停留时间足 1O多年来地下水污染的原位修复技术有 了很大 够长，MTBE及反应过程中产生的副产物叔丁醇 的进展，目前，关于地下水污染控制及 PRB原位 (TBA)可以被完全去除。ClaudioDellaRoccaeta1．l【] 修复技术可以分为： 以棉花纤维和零价铁 (zvt)的混合物为介质，组成 (1)化学沉淀反应格栅，PRB的介质为沉淀 异养／th养反硝化处理(HAD)PRB系统。实验在2组 剂 (如羟基磷酸盐、CaCO，等)，可使水中的微量金 平行的连续推流式反应器中分别装入 150g、300g 属产生沉淀。重金属是地下水重要 的污染物之 零价铁，进水硝酸盐浓度、磷酸盐浓度分别为 100 一 ，对人体危害较大。在过去十几年 中，地下水 中 mg／L、3mg／L和 220mg／L、6mg／L，观察其不同效 重金属的去除是研究的热点，以金属铁为反应介 果，进而讨论该系统在PRB方面的实用性。实验发 质的PRB已经广泛应用于去除地下水中的重金 现，异养／自养反硝化处理与仅以棉花纤维为载体 属 Ⅲ1o在一个工业地点，由于存储硫化物 的异养反硝化处理(csm相 比有较高的硝酸盐体积 精矿，导致了地下水广泛的重金属污染。在污染 浓度去除率 (VNR)，且VNR随装置中零价铁含量 羽状体流 向上安装 了小规模 的灰泥硫酸盐还原 的增加而增高；通过调节水与零价铁的接触时间， PRB，使用硫酸盐还原细菌，以促进 以可溶性金属 可 以把 由于零价铁的还原反应产生的铵化物控制 硫化物形式存在的重金属沉淀出来。运行 21个月 在可接受的程度；由于零价铁被氧化生成的铁离子 后，Cu，Cd，Co，Ni，zn的质量浓度分别从 3630Z／g／ 会生成绿色铁锈化合物 (GRC)而沉淀，所以水中的 L、153~／g／L、53~／g／L、131~／g／L和2410 g／L降到 铁离子浓度 0．5mg／L，可忽略不计 。将纤维为主、 10．5X／g／L、0．2~／g／L、1．1~／g／L、33．0~／g／L和 136 零价铁为辅的载体装入反应槽 中做现场试验发现， ~tg／Lll2】。 异养 ／自养反硝化处理适合作为一个 PRB系统。此 (2)吸附反应格栅，介质为吸附剂，如沸石、 外，该方法不仅可 以去除硝酸盐，同时还能去除像 颗粒活性炭、铁的氢氧化物、黏土矿物等。由于这 氯化乙烯等污染物。 种系统实际运行很容易达到饱和状态邻家小妹让我欲罢不能 ，处理效果 (4)氧化还原反应格栅 ，介质为还原剂，主要 难以长期维持，工程应用中采用的较少 。但是这 集中于零价铁、Fe。+矿物及双金属。此类型的PRB 些具有较强吸附能力的介质可以和其它常用材料 系统主要用于处理生物法极难降解 的有毒化合 (如铁粉)混合使用来增强处理效果。 “的 物。1994年美国北卡罗莱纳州附近的沿海防卫空军 实验结论表明：混合材料 比单一介质的效果好，由 做了一次小范围的PRB试验 “引，采用2种不同 于吸附及离子交换作用，对氨氮以及重金属有很 来源的铁屑、含水层沉积物和砂等体积比混合而成 好的去除作用。 的反应介质 ，用于去除地下水中的cr“。试验发现 ， (3)生物降解反应格栅 ，介质主要有两种，一 该系统成功地将 1—3mg／L的cr降至0．01mg／L， 种是含释氧化合物 (如MgO：、CaO：等固态过氧化 远远小于饮用水标准的值。另外，三氯乙烯 物)颗粒，向水中释氧作为电子受体，使有机污染 (TCE)也能够得到较好的去除率。反应生成的Cr。 物产生好氧降解。另一种是含 NO，一的颗粒，向水 无毒且难溶而沉淀下来，有效防止了二次污染的发 中NO，一作为电子受体，使有机物在反硝化条 生。所谓双金属系统就是指在Fe。颗粒上镀上第二 件下产生厌氧降解。She—JiangLiueta1．l【采用2 种金属，如镍和钯 ，称为Ni／Fe和 Pd／Fe双金属系 段式 PRB处理系统去除水中的甲基叔丁基醚 统。研究 [1’发现，铁与其它金属混合增加了三氯乙 (MTBE)，第一段采用 CaO2、KHan)4、(NH)04、砂 烯的还原速率，有学者用Ni／Fe和Cu／Fe处理三氯 和一些微生物生长所需的微量元素按一定 比例配 乙烷，也有Pt／Fe、Ag／Fe用于氯代芳烃的报道。而最 制的混合物为介质，依靠CaO长期不断向水中释 先将钯用于还原脱氯 的是美 国Arizona大学 的 · l2· 王伟 宁等 PRB修复地下水污染的研究综述 Mu~ ian【l8， 钯的加入大大促进了还原脱氯的速率 。 性质的研究，实现低腐蚀速度的同时具有高的反 Pd／Fe降解某些有机氯化物仅需几分钟，而金属 应速率；同时需研究反应过程中有毒有害物质产 铁则需几小时或几天。目前这些研究还主要停留 生的及控制。 在实验室研究阶段，个别做了污染现场的地上反 再次，在 PRB的设计安装方面，该技术受地 应器验证试验 ，所研究的靶污染物仅限于四氯乙 下水流和开沟槽的深度，目前一般用于有地 烯、三氯乙烯、二氯乙烯、氯乙烯和多氯联苯。第 下水流的饱和污染层的修复。在PRB的安装中还 一 个用Pd／Fe系统的人是Mtrftikian等，他认为零 存在许多问题，包括在使用板桩、喷注和垂直水力 价铁表面的钯加速了靶污染物的脱氯，反应速率 压裂等技术时，对土壤的压实影响、泥浆墙的材料 比零价铁系统最大可快 l0倍 ，可是随着反应进行 进入反应材料中、生物泥浆墙中使用的生物泥浆 由于铁氧化膜 的阻碍 ，使得作为催化剂的钯催化 降解缓慢，都会影响可渗透反应墙的水力性能。因 效率降低。特别值得注意的是Pd／Fe系统能降解十 此，有必要进一步研发设计和安装的新技术，以拓 分难降解的多氯联苯。最近报道了一种新的制备纳 宽该技术的实际使用范围，以及降低建设费用。 米级金属颗粒的方法 “Jc纳米级的金属颗粒直径 另外，实际的地下水污染通常是由多种组分 在 1～100Bill之间，表面镀有质量 占1％的钯 ，纳 共同造成的复合型污染；而 目前研究对地下水复 米级双金属在处理氯代有机污染物方面的优势在 杂的行为了解不够 ，研究对象也 比较单一，对多组 于：1)比表面积大纳米级金属的比表面积大，约为 分 、多相污染物共同作用的研究较少。因此 ，还需 3513_11／g，是商用铁颗粒的几十倍甚至上百倍。2) 进一步研究可同时高效去除多种并存污染组分的 由于表面有钯 ，表面反应性很强，氯代乙烯的反应 技术改进。 速率比商用铁高两个数量级。 5 前景展望 目前，对于前两种的研究较少，大部分集 中于 后两种的研究。 PRB能否成功地达到项 目特定的处理 目标， 主要依赖于化学处理和水力控制系统的成功，同 4 存在 问题 时也依赖于对项 目场地的全面勘查和建立一个合 PRB技术在修复地下水的多种污染中得到 理的现场概念模型。目前比较活跃的研究发展领 了研究和实际应用 ，但 目前该技术仍然面临一些 域：发展强化的化学处理介质，以便在更广泛的自 缺陷和问题 ，影响着该技术的进一步发展和实际 然水文地质和水化学条件下处理更多种类的污染 应用的推广。因此，这些问题的研究和改进将成为 物，以及增加这些材料的持久性。预计在未来的 PRB技术的重点研发方向。 10年内，修复工艺的研究与发展将会使大多 首先，该技术在去除污染物的机理方面尚有 数当前巳知的污染物都能被某些反应介质处理， 一 些未能明晰的方面。如地下水中的pH、Eh、DO 同样预计 PRB处理工艺的持续性也同样会有大 等因素的变化对PRB的影响还不完全明确，系统 幅度改进和发展。 对硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐等无机离子的去除机 参考文献： 理还有待进一步研究，双金属系统反应速率的增 加及其反应机理还不十分清楚，其研究有待进一 [1]张永波，时红，和 ．地下水与污染控制 M【】．北 京：中国科学出版社 ，2003． 步加强。 [2]周启星，林海芳 ．污染土壤及地下水修复的PRB技术及展望 其次，该技术在的实际应用中存在一些 [J]．污染治理技术与设备，2001，2(5)：48～53． 不良表现，如：反应过程中沉淀的产生引起介质的 【3JUSEPA．Pemaeablereactivebarriertechnoloesforcontaminanl，e- 阻塞、反应材料的失活、催化剂的钝化等引起系统 mediation[R]．EPA／5OO／R～98／125，1998． 反应有效性下降；在还原脱氯的过程中可能产生 f4]陆泗进 ，旗 ，杜琳娜 ．污染地下水原位治理技术一透水性 不易还原的毒性更大的氯代有机物；双金属系统 反应墙法 [J]．污染与防治，2006，6(28)． 【5JMcRaeCW，BlowesDW．PtaeekC．Laboratory—sceinvestigation 可能会造成镍、钯等次生污染。这些缺陷了 ofremeadiationofAsandSeusingironoxides[A】．SixthSymposiumand 该技术的进一步发展，需继续加强改善活性材料 ExhibtiononGroundwaternadSoilRemediation[C】，Montreal，Cnaada． 第23卷第 3期 能 源 环 境 保 护 ·13· (上接第 4页) 2【l】黄瑾晖 ．新型除磷剂一海泡石复合吸附剂的研制与应用 J【] [28】 Ugurlu A， Sahnan B．Phosphorusremovalby fly ash[J】 ． 工业水处理，1998，18(2)：17～18． ． EnvirortmentIntemational，1998，24(8)：911～918． [22】张兰泉，崔金，肖举强 ．沸石复合吸附剂除磷性能研究 [J]． 【29]Genz，A，Komumuller，A．andJekel，M．Advnacedphosphorus 铁院学报 ，1999，18(2)：116～120． moval m membranefiltratesbyadsorptionOilactivatedaluminum oxide [23】宁平 ，邓春玲，普红平等 ．活性氧化铝吸附水中的磷酸盐 J【】 nadgrnaulatedferrichydro~de[J】．WaterResearch，2OO4，38(16)：3 ． 有色金属，2002，54(1)：37—38． 523～3530． 【24】王萍，牛晓君，赵 ．海绵铁吸附除磷机理研究 [J]．中国 [30]陈雪初，王欣泽 ，孔海南等 ．活性粉煤灰在二级出水中的除 给水排水 ．2003．19(3)：11～13． 磷试验 J【】．工业水处理，2007，27(5)：41～43． [25]邓雁希，许虹 ，黄玲等 ．钢渣对废水中磷的去除 [J】．金属矿 ， 【31]Hunag，S．H．andChiswell，B．Phosphateremovalfromwasterusing 2003，323(5)：49～51． spentalumsuldge[J】．WaterScience&Technology，2002，45(3—4)： [26】丁文明，黄霞，张力平 。水合氧化镧吸附除磷的试验研究 [J】 295～300． ． 科学，2003。24(5)：110～113． [32]Y．Ynag，D．Tomlinson，S．Kenndey，eta1．Dewaterde alumsludge：a [27]黄巍 ．利用粉煤灰处理含磷废水的研究 [J】．四川， potentialadsorbentforphosphorusremoval[J]．WaterScience&Technol- 2002．21(1)：69～71． oyg，2002，45(3)：295—300． 幺 2 s s ～ 。 (上接第 8页) 4．4 加强科技先导 ，加快技术进步 ，在能源发 参考文献 ： 展中落实科导型战略 [1】群 ．循环经济是实现可持续发展战略的必由之[J】．广 科技先导一方面包括能源供应和能源利用在 东经济管理学院学报，2003(6)：6～8． 内的能源系统本身需要加快技术进步，通过科技 2【】戴彦德 ．可持续发展 中的能源问题 [J】．节能 ．20o2(3)：3～5． 创新提高能源系统效率；另一方面，在能源系统 3【】邹艳芬，魏晓平 ．能源安全战略的实施顺序[J】．资源科学 ．2005 以外还要推动产业升级，加快技术革新和产品更 (9)：55～61． 【4]王庆一 ．中国能源现状与前景续完 J【】．中国煤炭 ．20o5(3)： 新换代，提高产业技术含量和产品附加值 ，从而 19—21． 提高单位能耗的经济产出。 5【】杨红 ，杨泉，季13臣 ．论水电开发与可持续发展 [J]．甘 肃科技 ．2004(5)：9～10．
请自觉遵守互联网相关的政策法规，严禁发布、、的言论。用户名:验证码:匿名?发表评论