摘要：我国化工生产企业数量庞大且类型多样，但由于管理不当，这些企业在生产或者物料储存过程中会发生废水或物料渗漏，进而污染到厂区地下水土壤和地下水。对于地下水重金属污染控制来说，渗透反应墙是一种常用且有效的技术，本文则针对这一技术进行简要的分析，以期促进地下水污染技术的发展与应用。
关键词：重金属；地下水；修复；渗透反应墙
1 可渗透反应墙技术
泵抽提技术是传统的地下水污染处理技术，通过近几年的研究发现，这一技术虽然能够有效限制污染物的扩散，但是并不能从根本带上达到清除污染物的作用，另外泵抽提技术的应用需要保持长期的量供给，所以其修复成本和监测成本相对较高，同时难以有效限制封闭污染源的扩散。可渗透反应墙（PRB）技术的出现，在一定程度上解决了这些问题，这一技术通过在污染羽流路径的横截面上设置墙体，让被污染的地下水与墙体材料发生接触，进而实现相应的化学反应或者物理现象，进而实现污染物的消减和转化，从而达到改善地下水环境的作用。
1.1 PRB相关技术研究现状
目前，我国针对PRB技术的研究仍然处于起步阶段，实验室中开展模拟试验仍然是目前主要的研究内容。有科研人员分别将一定比例的还原铁粉、颗粒活性炭、铸铁粉混合在一起，并将其作为PRB墙体的主要反映材料，辅助介质则选用石英砂，并设计出几种不同的反应器，发现对于过Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)以及Cr(Ⅵ)等的去除率都能达到98%以上，但是对于Mn和Fe(Ⅱ)的去除效果上会随着反应器形式的不同存在一定的差异。还有研究表明，以零价铁为反应介质时，对于Cr的去除效果会随着铁粉粒径的缩小而提升。
1.2 PRB主要作用机理
PRB的活性填料主要为金属铁，起到固定无机离子的作用，主要的原理为将高价重金属通过氧化还原反应，将其还原为低价态，并利用不可融化合物或者单质吸出。比如，在利用零价铁去除地下水中Cr(Ⅵ)的化学反应如所示：
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在零价铁发生还原性脱卤反应后，有机物在氢解作用或接受电子等反应后变为无毒化合物，进而完成有机物固化过程。通过总结研究结论我们发现，对于去除氯化有机物方面，零价铁能够达到60%~80%的去除效率，其化学反应式如下：
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由于木屑、稻壳生物炭等材料本身具有大量微细孔洞，所以将其作为PRB活性填料，能够起到吸附固定污染物的作用。污染物在含水层中会发生迁移，在其经过反应墙时，会发生表面沉淀、离子交换等过程。相比其他材料，碳酸盐矿物以及粘土矿物等都属于容易得到且价格低廉，能够被广泛应用的天然矿物组合材料，其污染物吸附效果也比较理想，但是对于重金属的吸附效果还需要进行深入的验证。
在农业生产中，阿特拉津是常用的除草剂，但是我们发现这类除草剂在雨水淋溶作用下会深入深层土壤，同时也会在水体中停留较长时间，并且在这类除草剂无法快速降解，所以环境污染问题也会不断恶化。有学者发现化学-生物组合型反应墙能够有效去除阿特拉津，是一种较为先进的地下水原位修复方法。
2 可渗透反应墙的材料选择
对于地下水污染治理来说，填充了反应材料的反应器或者墙体是污染物处理的主要功能部分，能去清楚污水中的污染羽，因此设计工作重点为反应材料设计。在设计过程中，需要根据提前确定污染者的类别和浓度，并根据这些参数进行数学建模，通过实验室试验完成材料的选择。
目前充填介质的选择需要满足如下要求：
第一，需要保证其具有一定的有效性，即确保污染物与反应材料能够发生相应的化学反应、物理反应以及生物反应，进而保证污染物得到有效的转化。
第二，反应材料需要具有一定的经济性，即保证材料是容易获得的，这样能够降低设备运行成本，并且能够让系统处于长期稳定的运行状态。
第三，材料本身具有安全性的特点，及填充材料本身不能成为二次污染源。
3 结构设计
可渗透反应墙在工程应用上根据其结构特征通常包括两种类型：连续墙式PRB和隔水漏斗-导水门式PRB。由于连续墙式PRB结构单一且不能改变地下水的自然流向，在实际应用上隔水漏斗-导水门式PRB优势更大，其结构如图1所示。其由隔水漏斗活性材料以及导水门等组成，主要是潜水埋藏浅中大型的地下水污染呈现为羽状体。此外，在隔水漏斗中而嵌入至隔水层当中，这可以有效防止此污染羽状体直接渗流而进入对应的下游中，即未污染区域。因此，在实际的设计过程中就需要考虑当前污染羽状体具体的流向以及规模，从而可以更好地确定导水门和隔水漏斗之间所形成的倾角，促使污染羽状体的流出不会从迂回。同时湖南某企业通过自主研发，进行了反应墙腔体结构优化，如图2所示，并获得了一项国际实用新型专利。
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图1 隔水漏斗-导水门式PRB 图2 优化后墙腔反应区结构
优化后的墙腔内设有隔板，隔板将墙腔的上部空间分割成反应区和强化微生物富集区，反应区和强化微生物富集区的底部连通；反应区内设有混合泥浆填料床，强化微生物富集区内设有用于附着多种微生物的组合填料。另外，反应区和强化微生物富集区内分别设置有取样管，可渗透反应墙顶部设置有活动盖板。当受污染地下水流经上游可渗透反应墙后，某些重金属污染物（铅、镉、砷、汞、铬、锌、铜）和其它有机污染物被混合泥浆填料床初步固定和降解后，再经过其强化微生物富集区进行生物处理，在强化微生物富集区设置有组合填料，用以富集强化微生物菌群并分泌出多种复合酶，对污染物进行进一步降解，从整体上提高修复效果。
4 总结与展望
随着技术的发展，组合型反应墙腔已经成为目前PRB技术的主要研究方向，在该技术盈盈过程中，会配合使用化学活性物，在这些化学活性物的作用下，污染物开始初步脱毒、脱卤、开环，其中所产生的各种中间产物，具有能够被微生物代谢的性质，所以能够起到促进菌体降解污染物程度提高的作用。并且这种技术具有耗能低的优点，其渗透性能、讲解性能都有良好的表现，能够有效避免单一性微生物修复法所存在的弊端，为实现一站式处理多组不同污染地下水技术的发展提供思路。
随着研究的不断深入，污染物含量也有不断升高的趋势，由此可见，未来PRB技术将往组合型反应墙的方向不断年发展，但是我们仍然需要结合污染场地的实际情况，对污染修复方案进行调整，并在反应墙内部合理布设监控点，同时深入研究原位修复技术。
参考文献：
[1]张威.生物可渗透反应墙修复三苯甲烷类染料污染地下水实验研究[D].中国矿业大学,2017.
[2]高雅琳.可渗透反应墙对模拟铅镉复合污染地下水的修复效能研究[D].陕西科技大学,2017.