地下水污染修復的可滲透反應墻系統設計

摘要：地下水污染防治是我國水體污染控制的重要任務之一，為此應用可滲透反應墻技術，設計了一套可滲透反應墻系統，可有效去除地下水中的重金屬和有機物等，具有造價便宜、穩定性高、可處理污水量大等優點。

關鍵詞：地下水;污染修復;可滲透反應墻

0 引言

如今我國地下水污染問題嚴重，全國超過200個城市的地下水被檢測為較差、極差水質的比例超過59.6%，這主要是由城市垃圾填埋、工業“三廢”排放不達標、農業施肥及農藥噴灑過量等原因造成，使得地下水中的有害細菌、重金屬等聚集，地下水中甚至含有氰化物等有毒物質。地下水污染給人們的日常生活飲用、工業生產、農業生產等造成了極大影響，往往需要投入大量的人力、物力修復被污染的地下水。

針對地下水污染治理問題，已有相關學者進行了研究，如茹佳歡提出了健全地下水環境保護的法律法規，確定合理的地下水使用價格，加強地下水監測等措施。目前地下水污染修復技術主要包括抽出處理技術、化學氧化/還原技術、生物技術、曝氣技術、可滲透反應墻技術、監測自然衰減技術、雙/多相抽提技術等。其中，抽出、抽提技術等需要利用水泵等設備將地下水抽取出來再進行處理，消耗能源大，控制成本高，其余化學、生物等相關技術則需要往地下水中加入化學物質或生物菌落進行處理，可能會造成二次污染。而可滲透反應墻技術是將特定反應介質安裝在地面以下的污染處理系統中，可阻斷污染帶，將其中的污染物轉化為環境可接受的形式，但不破壞地下水的流動性，是目前一種新型的地下水修復處理技術。

1 可滲透反應墻系統原理

目前，可滲透反應墻最常見的結構為連續反應墻式結構。連續反應墻式結構多采用單層的反應介質層，其原理是在地下水區域安裝一堵墻體，墻體中間用含有化學、生物降解等物質的填充物填充完整，所選擇安裝的地下水區域需有一定的流動或滲透能力，當地下水在流動或滲透過程中，經過可滲透反應墻體后，墻體中的物質對地下水產生降解、沉積和吸附等作用，將被污染的地下水轉化為可接受的水質。

可滲透反應墻在設計安裝過程中，針對污染現場地下水的情況確定反應墻結構類型，主要有連續反應帶系統、漏斗-導門式反應系統、注入式反應系統和反應單元被動收集系統等。本文所介紹的連續可滲透反應墻屬于連續反應帶系統，具有設計結構簡單、安裝施工方便、造價成本低等優點，如圖1所示。

具體來說，可滲透反應墻中含有可降解各種污染物的氧化還原劑、螯合劑、絡合劑、吸附劑、沉淀劑或微生物，當污染物隨水流通過預先設置好的可滲透反應墻時，各種污染物可以被還原、吸附、沉淀或生物降解。大量研究證實，可滲透反應墻技術可以除去地下水中共存的重金屬和有機物（如苯、乙苯、二甲苯和多氯聯苯），根據可滲透介質材料控制地下水中的污染物去除種類和效果。

2 可滲透反應墻系統設計

連續可滲透反應墻依勢而建，沿地下水流向設置有反應介質層和過濾層，反應介質層用于修復，過濾層用于過濾生物物質等，反應介質一般置于過濾層之間。為了能固定反應介質層，或考慮從結構上便于更換，一般用支撐框架限制介質層。地下水在自身壓差與水力梯度下穿過連續的可滲透反應墻，完成地下水修復工作，可以降低建造成本。

本文介紹的用于地下水修復的可滲透反應墻系統，沿地下水流向設置有兩道反應介質層和兩道過濾層，兩道反應介質層設置于兩道過濾層之間，反應介質層包括向上相互疊加的U型支撐框架以及填充于U型支撐框架內的反應介質，兩道反應介質層之間設置有緩沖層，具體結構如圖2所示。

本文介紹的可滲透反應墻系統，沿地下水流向設置有兩道反應介質層、兩道過濾層和兩道監測井。兩道反應介質層設置于兩道過濾層之間;反應介質層和過濾層均設置于兩道監測井之間;反應介質層包括向上相互疊加的U型支撐框架以及填充于U型支撐框架內的反應介質，兩道反應介質層之間設置有緩沖層。其中，監測井和反應介質層頂部均設置有封蓋，封蓋露出于地表，監測井一前一后，對地下水修復前后狀態進行監測;封蓋可根據需要打開，對監測井進行監測數據的提取，或對反應介質的狀態進行觀測。介質層、緩沖層、過濾層、監測井均架設于水平設置的隔水層之上，隔水層防止地下水流進一步向其他區域滲透，使其集中從可滲透反應墻流過，確保修復效果。

從結構上來看，本系統設計通過架設兩道反應介質層，并在反應介質層之間架設緩沖層，能夠更大量地處理受污染的地下水，且反應介質層的框架采用累加的U型支撐框架，穩定性高，可裝填量大，具有綜合處理效率高、可處理污水量大等優點。

3 可滲透反應墻修復機理

可滲透反應墻的實施核心是過濾層與反應介質層中修復機理的設定。修復機理的選擇需根據地下水污染情況決定，主要的修復機理有以下幾種：

3.1 ? ?ZVI填料修復機理

該修復機理主要用于含氯有機物的脫氯以產生無毒物質、重金屬離子的去除以及含氧酸根離子的還原去除等，該修復機理主要通過化學反應實現。當反應介質中添加的ZVI填料消耗完后，其修復效果也會喪失，因此需要及時監測和更換填料。

3.2 ? ?礦物質修復機理

礦物質的主要功能是通過礦物相的溶解和沉積來固定污染物，起到吸附作用，最常用的礦物質有硅酸鹽、黏土、磷石灰及沸石等，其中磷石灰與沸石主要用于處理重金屬物質，如鉛、鎘等。因此，該修復機理一般使用于因工業廢水造成的地下水重金屬污染區域。

3.3 ? ?其他修復機理

除以上主要物質外，活性炭、微生物菌劑也常被用作修復機理進行填充。活性炭具有很好的吸附能力，分子狀態穩定，不溶于水和有機溶劑，成本低。微生物菌劑利用微生物的特性實現修復作用，但同時也容易受到水質溫度、pH值等的影響。

總之，在可滲透反應墻的實施過程中，要根據當地地下水的實際情況選用不同的修復機理，并需實時監測修復的效果。本文所述過濾層為活性炭層或多孔陶瓷過濾板，主要起到吸附作用;緩沖層選用石灰石層，起到固定和降低地下水流動速度的作用;反應介質層為以磷石灰石為填充材料的混合硫酸鹽還原菌層，以修復污染物較為復雜的地下水。

4 存在問題及進一步改進計劃

可滲透反應墻有著良好的發展前景，但同時也存在一定的不足。首先，反應介質使用一段時間后，內部集聚的重金屬、生物活性物質等越來越多，化學、生物反應物質逐漸減少，其凈化作用逐漸降低，導致整個系統失效，有時也會由于物質集聚太多而堵塞，需要定期更換反應物質，因此對反應墻結構設計提出了新的要求;其次，反應介質是一次設定和添加的，當地下水污染源變動或者污染成分變動后，提升了目標污染物凈化去除的不確定性，因此在實時監控的同時，應及時變更反應介質中的物質;再次，可滲透反應墻的設計安裝因地而異，需要根據施工地質環境、地下水深度、污染物特點等因素綜合考慮，因此需要掌握充分的監測數據;最后，該系統運用于較高濃度污染的地下水處理時，處理效果較差，限制了其推廣使用。

總之，可滲透反應墻的應用需要根據需求做出充分判斷，本設計將進一步優化反應介質的更換方式，提升反應墻的應用靈活性，延長其使用壽命。

5 結語

本文設計的用于地下水污染修復的可滲透反應墻，可廣泛適用于受重金屬污染、有機物污染等的地下水區域，其具有以下優勢：

（1）反應介質通過累加的U型支撐框架固定，可裝填量大，便于反應介質的更換和實時調整;

（2）系統結構可根據實際場地調整尺寸大小，或按地下水處理量設置反應介質，靈活性強;

（3）該可滲透反應墻具有結構簡單、造價低、穩定性高、可處理污水量大等優點。

[參考文獻]

[1] 王泓泉.污染地下水可滲透反應墻（PRB）技術研究進展[J].環境工程技術學報，2020，10（2）：251-259.

[2] 茹佳歡.城市地下水污染特征及治污策略研究[J].磚瓦，2020（4）：93-94.

[3] 污染地塊地下水修復和風險管控技術導則：HJ 25.6—2019[S].

[4] LUDWIG R D，SMYTH D J A，BLOWES D W，et al.Treatment of Arsenic，Heavy metals，and Acidity Using a Mixed ZVI-compost PRB[J].Environmental Science and Technology，2009，43（6）：1970-1976.

[5] 陳夢舫，錢林波，宴井春，等.地下水可滲透反應墻修復技術原理、設計及應用[M].北京：科學出版社，2017.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：梁峻銘（1990—），男，廣西南寧人，助理工程師，研究方向：環境治理與監察。