_零价铁PRB技术在地下水原位修复中的研究进展13

浅析地下水修复的PBR技术张懿文摘要：可渗透反应栅(墙)PRB技术被认为是修复地下水污染的新型自动高效技术。

本文对PBR技术进行了简要的综述，包括概念、类型、原理和反应介质方面。

并且从地下水铬污染和高氟地下水两个方面简要的分析了PBR技术修复地下水的机理。

同时对PBR技术在我国实行提出了若干建议。

关键词：可渗透反应栅；PBR；地下水修复随着人类生产的发展和生活水平的提高，产生的固体、气体及液体废物越来越多，从不同途径对地下水环境造成污染。

我国城市1 817个地下水饮用水源地中，存在水质安全问题的高达49．48％。

矿井、制造厂、提炼厂、垃圾填埋场等都是造成地下水污染的主要来源。

工业处理中使用的金属、煤炭、石油，不适当的废料处理，突发性事故造成的具有放射性危害物质的泄露等，导致地下水受到有机、无机以及放射性污染。

可渗透反应栅(墙)PRB技术被认为是修复地下水污染的新型自动高效技术。

1. PBR技术的概念渗透反应栅(墙)PRB是一个位于地下，装填有反应介质，用于阻挡处理污染羽的反应栅。

在反应栅内，污染羽在自然水力梯度下穿越反应介质后被转化成环境可接受的物质，达到修复水质的目标[1]。

滑铁卢大学的学者在19世纪90年代初期首先提出了PRB的概念。

第一座试用PRB墙于1991年安装在加拿大安大略省的Borden，用于处理污染地下水的氯代溶解污染羽。

第一座商用PRB墙于1994年安装在美国加利福尼亚的Sunnyvale，同样也用于处理氯代溶解污染羽。

此后，PRB技术在全世界范围内开始广泛应用。

在众多应用案例中，PRB技术被认为是处理地下水有机污染或无机污染的一种有效手段。

2. PBR的类型PRB的结构是地下水污染去处效果优劣的影响因素之一，在该技术的研究中发展了两种基本结构：连续墙结构和漏斗——通道结构。

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——通道结构费用较高。

漏斗——通道结构是使用低渗透性的板桩或泥浆墙来引导污染的地下水流向可渗透处理通道。

针对土壤和地下水污染的现状，许多国家已采取或正在采取相应的防护措施，使得地下水修复技术成为现在国际环境领域研究的一个热点问题之一。

地下水的主要修复方法包括：原位修复：监控条件下的自然衰减法（MNA）、渗透性反应强（PRB）；异位修复：抽出处理法（P&T)MNA优点是污染物最终能转化成无毒的副产物、无须人为介入、不会涉及到废物的重新产生或迁移、费用低廉、克服机械化修复设施所带来的局限。

缺点是进行长期监测并负担相关费用、时间很长；受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响；有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变化，从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生迁移；对修复成果产生负面影响；含水层的各向异性可能是场地特征复杂化；生物降解的中坚产物可能比原来的化合物更毒。

P&T抽取处理法(Pump and Treat，P&T)是最早使用、应用最广的传统经典方法，从污染场地抽出被污染的水，并用洁净的水置换，同时对抽出的水加以处理。

需要注意的是，必须把对抽取处理系统的监测作为修复措施整体必不可少的组成部分，监测系统的运行状态。

处理后的地下水可直接使用，或者回灌以稀释受污染水体、冲洗含水层，加速地下水的循环流动。

该方法存在操作繁琐、时间长、成本高的问题，需要长期监测和维护。

而且，一旦抽水停止，污染物浓度又会升高，不能从根本解决问题。

近几年，随着研究的深入，透水性反应墙法（Permeable ReactiveBarrier，PRB）被认为是替代传统抽取处理方法的一种有效方法。

该技术广泛用于处理地下水中的有机和无机污染物，它具有能够较长时间持续原位处理、处理组分较多、价格相对便宜等优点，因此近年来受到越来越多的关注。

PRBPRB是一种原位被动修复技术，由透水的反应介质组成，一般安装于地下水污染羽状体的下游，通常与地下水流相垂直，并且它也可以作为污染地下水的地面处理设施。

当地下水在自身水力梯度作用下通过活性渗滤墙时，污染物与墙体材料发生各种反应而被去除，从而达到地下水修复的目的。

158研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2019.01(上)制备零价铁以及铁的相关氧化物过程中使用的还原剂大多数是有毒的氢硼化物以及肼，这两种还原剂对环境、植物以及动物造成了许多不良影响。

因此研究人员正在努力开发可持续的、环境友好型的绿色还原剂用于制备新型的纳米材料，包括细菌、放线菌、真菌、酵母和病毒等。

基于铁与铁氧化物的纳米吸附剂、纳米催化剂和纳米过滤材料在水体污染修复方面有着广泛应用。

纳米零价铁(nZVI)的活性与纳米粒子比表面积有关，比表面积越大，纳米粒子的催化活性就会强。

本文重点介绍零价铁纳米粒子的绿色合成技术，并总结了环境友好型的零价铁纳米粒子在环境修复方面的应用。

图1为金属铁纳米粒子的绿色制备方法。

图1 金属铁纳米粒子的绿色制备方法1 生物制备方法研究表明生物材料可用于制备纳米复合材料以及磁性纳米复合材料，表1中是采用生物材料制得的纳米材料，包括纳米材料的大小、形态以及在环境方面的应用。

Nadagouda 采用抗坏血酸（维生素C）合成铁纳米颗粒，通过抗坏血酸（维生素C）的水溶液将过渡元素的金属盐还原成纳米颗粒，例如将铁盐与铜盐还原成合金纳米粒子。

Savasari 使用抗坏血酸制备出稳定的零价铁链状纳米粒子，在每条链中，单个Fe 纳米颗粒呈圆形，直径约为20~75nm。

抗坏血酸在制备纳米粒子过程中不仅可作为还原剂，还是纳米粒子的稳定剂，已被广泛用于合成纳米颗粒，例如通过抗坏血酸（维生素C）制备出超顺磁的氧化铁纳米粒子，该磁性纳米粒子分散性良好，被广泛应用于医疗研究中。

表1 绿化合成纳米颗粒及其形貌纳米粒子类型生物化学试剂尺寸与形状双稳定金属FePd 淀粉14.1nm 分离分散纳米零价铁抗坏血酸(维生素C)20到75nm 球链状Fe 3O 4海藻酸钠27.2nm 球形金属晶木材提取物纳米球100~150nm 铁NPs 糖铁芯10~25nm 铁的氧化物单宁酸小于10nm2 3M 纳米粒子合成的可能机制通过生物技术去制备纳米粒子的方法还不是很成熟，但是研究表明，从细菌和真菌和生物分子中产生的酶，特别是植物产品中的酚类化合物，可以制备出金属铁纳米颗粒。

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。

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。

PRB填料的研究进展刘瑞;高艳娇【摘要】可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,缩写为PRB)是处理和修复受污染地下水的一种新型技术.PRB中的填料与受污染地下水发生生物、化学、物理反应达到净化污染水的目的.因此,PRB填料在处理污染地下水中起到至关重要的作用.本文对PRB的填料进行综述,以期为PRB技术的研究提供一定参考.【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2017(043)006【总页数】4页(P5-7,72)【关键词】可渗透反应墙;反应填料;地下水修复【作者】刘瑞;高艳娇【作者单位】辽宁工业大学辽宁锦州121001;辽宁工业大学辽宁锦州121001【正文语种】中文可渗透反应墙(PRB)法是修复地下水的一种有效方法。

PRB是一种以污染物治理为目的，将所需的反应介质装入地下的可渗透反应墙体内进行反应的污染物处理系统，它的结构可阻断污羽状体，可将其中的受污染物质转化为低毒可适应环境的物质，PRB可不破坏地下水体的流动性。

简单来说，PRB系统是一个装载特定反应介质的活性反应区，当受污染的地下水流经该区域时，污染水与反应区的反应介质发生各种生物、化学、物理反应从而使受污染水得到净化和去除。

这种技术是近些年快速发展的一种处理受污染地下水的原位修复技术，其优势在于稳定高效、安装便捷、维护方便、成本相对较低，正在逐渐代替运行费用高、工程复杂、能耗较大的抽出-处理技术，在地下水修复方向具有良好的前景[1]。

PRB法主要是污染水与PRB填料的反应，因此PRB填料的研究是至关重要的。

PRB处理污染地下水的主要常用填料有零价铁粉、包覆型双金属材料、活性炭颗粒、沸石、改性膨润土及一些天然矿物等等。

在实际的PRB工程中，最常见的PRB反应填料是零价铁粉[2]，因为它不仅可以还原和降解各种重金属离子和有机污染物，而且有着原料易获取、成本低等优点。

PRB是安装在地下含水层中的可渗透反应墙体，安装方向垂直于水流方向。

24江西化工2016年第6期PR B技术修复地下水污染的研究现状王惠东王艳芬曾云嵘(东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌330013)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。

关键词:地下水修复技术P R B反应介质引言近年来，随着地下水污染的不断加剧，其修复技术也得到了科研人员的关注，逐渐形成了独立的地下水污染修复技术体系。

按照修复方式的差异，可将地下水修复技术分成异位和原位两种修复技术[1]。

异位修复技术是指首先通过人工技术手段把地下水抽出至地表，再对其进行净化处理。

抽出处理技术 (pump and treat)是出现最早、最传统的典型异位修复技术。

该方法虽能有效地将污染区限制在抽水井上游，但其带来的诸如昂贵的处理费用、水资源的大量浪费、原有生态环境遭到破坏等缺点也是不容忽视的。

并且该方法未能从根本上解决地下水的污染修复问题，并不是地下水污染修复方法的最佳选择。

原位修复技术是指以尽量不破坏土体和地下水原有自然环境条件为前提,在原地对受污染地下水进行修复的技术。

原位修复技术主要有：(1) 原位曝气技术（air sparging,AS);(2) 原位化学处理技术；(3) 原位生物修复技术；(4) 可渗透反应墙修复技术（permeable reactive barrier,PRB)〇其中，可渗透性反应墙（PRB)修复技术因具有处理效果好、安装施工方便、经济费用低等优点而被广泛推广[2_4]。

已有试验研究表明：地下水中溶解的放射性物质、重金属、无机和有机污染物等都可用渗透反应墙技术进行有效控制和处理[3’5_6]。

1PRB的原理和结构1.1 PRB的原理PRB的主体部分是透水的反应介质，通常将其安置于受污染地下水的下游，与地下水流方向相垂直。

当受污染的地下水流在水力梯度的作用下流经反应墙时，水中的金属、有机物、核素等污染物与其中的反应介质发生物理、化学和生物等作用而被降解、氧化还原、吸附或沉淀，从而达到净化修复受污染的地下水的目的。

零价铁处理污水的最新研究进展[摘要]零价铁以其低毒、廉价、易操作而且对环境不会产生二次污染等优点，而在水污染治理中受到重视。

作者介绍了零价铁处理污水的机理并综述了其处理包括重金属废水、偶氮染料废水、氯代有机物废水、硝基芳香族化合物废水、硝酸盐废水等在内各种废水的最新研究进展。

指出了零价铁废水处理技术的研究方向．包括对纳米级零价铁的研究、对零价铁去除污染物的机理研究及零价铁与其他技术联用的研究。

[关键词]零价铁；废水处理；微电解零价铁由于具有低毒、廉价、易操作而且对环境不会产生二次污染等优点。

使其在水污染治理中的应用越来越受到重视。

零价铁能够还原去除多种有毒有害污染物。

被认为是最有应用前景的污染物治理技术之一。

零价铁化学性质活泼。

电负性很大。

电极电位E o(Fe2+/Fe)= -0．44V，具有较强的还原能力，可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁表面，还可以将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。

自从20世纪80年代末有人报道零价铁可以还原去除水溶液中的氯代有机物以来，利用零价铁处理水体污染物一直是非常热门的研究领域。

大量研究表明零价铁不但可以降解水体中的氯代有机物．还能还原去除重金属、偶氮染料、硝基芳香族以及硝酸盐、高氯酸盐、除草剂等多种污染物。

这极大推动了零价铁在环境污染治理方面的应用。

1零价铁的去污机理零价铁去除污染物的机理主要包括三个方面：(1)铁的还原作用。

铁是活泼金属，有较强的还原性。

它可以将多种污染物还原。

(2)微电解作用。

零价铁具有电化学特性，其电极反应的产物中新生态[H]和Fez+能与废水中很多组分发生氧化还原作用而将很多污染物还原。

(3)混凝吸附作用。

铁在腐蚀氧化过程中会产生絮状Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀等，它们都强的混凝吸附作用。

可以吸附去除一部分污染物。

2零价铁在不同污水处理中的应用进展2．1含重金属离子废水零价铁处理废水最早始于对电镀废水和含重金属离子废水的处理。

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，简称PRB）技术是一种被广泛应用于地下水和土壤中有机物、金属离子等污染物治理的技术，其基本原理是通过设置包括填料、反应物质和渗透屏障等组成的地下墙体，使地下水和土壤中的有害物质在与之接触的过程中发生吸附、分解、还原等一系列化学反应，最终转化为无害或低毒的物质。

PRB技术主要应用于地下水和土壤的污染修复领域，如石油化工厂、化肥厂、垃圾填埋场等工业和生活污染源的治理。

通过设置可渗透反应墙，可以在一定程度上阻止污染物的迁移，减缓地下水及土壤的污染范围，达到修复环境、保护水资源的目的。

PRB技术在环境保护领域有着重要的应用前景，值得深入研究和推广。

1.2 PRB技术应用领域可渗透反应墙(PRB)技术在环境治理领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 地下水治理：PRB技术被广泛应用于地下水的净化和污染物的拦截。

通过在地下水流动路径上设置PRB，可以有效地截留污染物，保护地下水资源的安全和可持续利用。

2. 土壤修复：PRB技术可以用于土壤中有机和无机污染物的处理和修复。

通过设置PRB，可以实现对土壤中污染物的净化和去除，改善土壤环境质量。

3. 污泥处理：PRB技术还可以用于污泥的处理和资源化利用。

通过PRB技术可以对污泥中的有害物质进行处理和转化，减少对环境的污染，实现污泥资源化利用。

4. 工业废水处理：PRB技术在工业废水处理中也有着重要应用，可以有效地去除工业废水中的有害物质，降低废水对环境的影响，实现工业废水的净化和循环利用。

PRB技术在环境治理领域有着广泛的应用前景，可以为环境保护和可持续发展做出积极贡献。

【PRB技术应用领域】.2. 正文2.1 PRB技术原理可渗透反应墙（PRB）技术的原理是通过在地下创建一道地下墙体，利用墙体材料的特性将地下水中的有机污染物截留、吸附、分解或转化，从而达到净化地下水的目的。