渗透性反应墙技术修复地下水硝酸盐污染的研究进展

吴鹏宇，纪丹凤，苏婧,4,5*，孙源媛，崔驰飞，梁雨晗，党秋玲，唐军

1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074 2.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，北京 100012 3.国家环境保护地下水污染模拟与控制重点实验室，中国环境科学研究院，北京 100012 4.中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012 5.广东省浩蓝环保水污染治理院士工作站，广东 广州 510630



渗透性反应墙技术修复地下水硝酸盐污染的研究进展

吴鹏宇1,2,3，纪丹凤2,3，苏婧2,3,4,5*，孙源媛2,3，崔驰飞2,3，梁雨晗2,3，党秋玲2,3，唐军2,3

1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074 2.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，北京 100012 3.国家环境保护地下水污染模拟与控制重点实验室，中国环境科学研究院，北京 100012 4.中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012 5.广东省浩蓝环保水污染治理院士工作站，广东 广州 510630

论述了渗透性反应墙(permeable reactive barrier，PRB)技术的原理及其在地下水硝酸盐污染修复中的应用现状。针对PRB技术类型进行了回顾，介绍了PRB技术中常用的还原型、吸附型、沉淀型和降解型4类介质材料以及PRB技术修复地下水硝酸盐污染的效果。着重讨论了降解型PRB技术在修复地下水硝酸盐污染时所添加的有机碳源、微生物种类对修复效果的影响；分析了PRB运行过程中存在的问题及未来可能的发展方向；指出了应用PRB技术修复地下水硝酸盐污染时要注意的问题，如碳源和细菌易导致地下水二次污染，修复过程中介质易堵塞，碳源释放速率不易控制，硝酸盐向PRB底部沉积不易去除。提出在加强PRB反应机理研究的基础上，可通过PRB与植物修复技术结合，解决PRB运行中存在的问题。

地下水；硝酸盐；渗透性反应墙(PRB)；植物修复

随着工业的迅猛发展和人类活动的急剧增加，特别是居民生活污水排放、化肥和有机肥施用以及工业污染等原因导致硝酸盐的排放量急剧增加，地下水硝酸盐污染已成为相当重要的全球性环境问题。地下水硝酸盐污染通常采取异位处理和原位处理技术修复。异位处理技术投资成本高，不适合大面积修复，限制了其应用；原位处理技术不仅经济有效、节约土地资源，且适合大面积修复，因此有着良好的应用前景。渗透性反应墙(permeable reactive barrier，PRB)作为主要的原位处理技术之一，具有成本低、环境扰动小和可用周期长等特点，发展前景良好[1-2]。在北美和欧洲的一些国家已开展了大量PRB技术的研究和工程实践[3-4]。我国近年来也逐渐开展了对PRB技术的研究和应用[5-9]。但PRB技术仍存在如碳源和细菌易导致二次污染，修复过程中介质易堵塞，碳源释放速率不易控制，硝酸盐向底部沉积不易去除等问题[10]。

笔者对PRB技术的原理、研究和应用现状及优缺点进行了总结，通过对国内外先进技术和工程经验的学习，尤其是对介质材料研究进展的分析，提出了PRB可与植物修复技术联合，形成优势互补效果，提高PRB的修复效率，以期为PRB技术在我国地下水污染修复中介质材料的优化及应用提供借鉴。

1 PRB技术现状

1.1 原理

PRB技术是近年新兴起的原位修复地下水的方法，是将活性反应介质以一定厚度和深度填到地下水含水层中，形成多孔墙体，当地下水通过反应墙时，其中的污染物和反应介质发生物理、化学和生物等作用而被去除。处理区可填充还原剂、固定金属的络(螯)合剂、微生物生长繁殖的营养物、氧气或其他反应介质。目前投入应用的PRB按修复机理可分为生物和非生物降解2种。

非生物降解PRB主要包括吸附反应墙、化学沉淀反应墙和氧化还原反应墙。吸附反应墙内填充的介质为颗粒活性炭、有机碳、沸石、铁氢氧化物和黏土矿物等吸附剂，可有效去除地下水中的硝酸盐，但由于吸附剂自身容量限制，PRB内活性反应材料需要及时清除和更换；化学沉淀反应墙内填充的介质为羟基磷酸盐和石灰石等沉淀剂，主要以沉淀形式去除地下水中的无机金属离子，一般无法用于修复地下水硝酸盐污染；氧化还原反应墙内填充的介质为零价铁和双金属等还原剂，零价铁对硝酸根等无机离子具有一定的还原作用。

生物降解PRB利用微生物的生化反应，将硝态氮经过反硝化作用还原为氮气。在厌氧条件下，反硝化细菌利用硝酸盐作为电子受体，利用有机碳源或者氢、硫等作为电子供体经无氧呼吸将硝态氮最终还原为氮气。

PRB各种处理技术各有优缺点，都可不同程度地去除地下水中的硝酸盐。生物降解PRB技术因其高效低耗的特点得到了广泛而深入的研究，是一种很有发展潜力的技术。

1.2 地下水硝酸盐污染修复中的应用

北美和欧洲一些国家已对PRB技术进行了大量试验研究。如Rocca等[11]研究了以零价铁和棉花作为PRB介质去除地下水硝酸盐的可行性，结果表明，该系统对硝酸盐有较高的去除效果，反应产物中氨氮的浓度在允许范围内；Moon等[12]进行了自养硫磺氧化菌生物反应墙去除硝酸盐的研究，结果表明，当反应墙厚度为30 cm，对硝酸盐的去除率达90%，且去除率随时间的延长而提高。在北美和欧洲的一些国家还对PRB技术进行了实际工程的研究，并已逐步开始商业化应用[13-14]。

2 PRB中的介质材料

反应介质是PRB设计和研究的重要内容。PRB中介质材料的选择主要取决于：1)介质材料能否与地下水中的污染物发生一定的物理、化学或生物反应，从而使污染物能够全部被清除；2)介质材料能否大量取材，在反应中不易溶解或消耗，使PRB长期有效发挥作用；3)介质材料是否会产生二次污染。基于反应原理，PRB介质材料一般可分为还原型、吸附型、沉淀型和降解型4类。

2.1 还原型介质材料

虽然利用零价铁能成功去除污染物，但也存在一些尚待解决的问题。首先，其对硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐等无机离子的去除机理还有待进一步研究；其次，在实际工程应用时，反应中生成的Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀易在铁屑表面形成一层反应保护膜，影响处理效果，同时沉淀物也会影响PRB的渗透性。

2.2 吸附型介质材料

但吸附型介质材料在使用中存在吸附材料(如活性炭、草炭土等)难以去除高分子有机物(如胶体、腐殖质等)，且容易造成孔隙堵塞，渗透性急剧下降，不利于实际工程应用。

2.3 沉淀型介质材料

2.4 降解型介质材料

降解型介质材料主要用于生物降解反应型PRB原位修复技术，包括MgO2、CaO2、棉花纤维和秸秆堆肥产物等。降解型介质材料的反应机理：在有机碳存在的条件下，介质材料制造好氧、厌氧环境，借助微生物作用，使有机污染物发生好氧、厌氧降解而达到去污目的。部分降解型介质材料不仅可作为介质材料，还作为微生物反硝化过程中的碳源。Rocca等[11]以棉花纤维和零价铁(ZVI)混合物为介质，组成异养自养反硝化处理PRB系统，该法不仅可以去除硝酸盐，同时还能去除如氯化乙烯等污染物；王珍等[24]研究锯末和铁粉对硝酸盐的去处效果，结果表明，锯末或堆肥锯末的效果比零价铁的效果好，硝酸盐去除率超过80%，而氨氮浓度低于0.5 mgL。

降解型PRB技术由于其经济高效的特点，越来越受到人们的青睐，逐渐成为PRB技术的主要研究方向。但其需要解决的技术难点为：1)微生物活性和介质材料活性的降低和堵塞问题；2)可能存在的二次污染问题。

3 降解型PRB技术修复地下水硝酸盐的材料研究

3.1 碳源

碳源作为反硝化细菌的电子供体，对PRB反硝化效率影响很大。然而，大多数地下水的可溶性有机碳(DOC)浓度很低，满足不了微生物生长繁殖的需要，因此需要外加碳源。PRB中添加的碳源主要分为可溶性有机碳源和固相碳源2种。

3.1.1 可溶性有机碳源

PRB常用的碳源为甲醇、乙醇和葡萄糖等可溶性有机碳源，大都属于化工产品，反硝化处理效果好，但运行复杂，存在二次污染和费用高等问题。部分高浓度有机工业废水、富含VFAs的污泥水解上清液和垃圾渗滤液等有机物浓度高，可生化性好，廉价易得，用作碳源可以实现对废液的资源化利用，因而也得到了许多研究者的青睐。Fernandez-Nava等[25]以不同农产品加工工业废水为碳源的研究表明，其反硝化效果较好，出水COD也较低，且反应过程没有出现亚硝酸盐的积累；Galí等[26]研究污水厂内部不同的有机碳源发现，以初沉污泥水解液作为碳源可以获得与用甲醇作为碳源相同的脱氮效率；Alkalay等[27]用活性污泥处理垃圾渗滤液和城市污水混合液的研究结果显示，COD和氨氮去除率均在90%以上；蔡碧倩[28]比较了不同碳源的脱氮效果，发现新鲜垃圾渗滤液的反硝化脱氮效果和乙酸钠相似，且成本低廉。但是，可溶性有机碳源二次污染及投加量的确定等问题仍是实现垃圾渗滤液资源化利用过程亟待解决的问题。

3.1.2 固相碳源

近年来固相碳源已经引起了普遍关注，寻找无毒、廉价和高效的固相碳源来代替传统可溶性有机碳源逐渐成为研究的重点。

3.1.2.1 人工合成可降解高聚物(BDPs)

BDPs是研究者关注的重点之一。目前在实践中应用人工合成BDPs做碳源种类还较少，已报道的主要有聚羟基脂肪酸酯(PHAs)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯淀粉基可生物降解多聚物(PBS)、聚己内酸酯(PCL)和可塑生物降解材料(PSM)等。由于只有特定的微生物产生胞外酶可以降解利用BDPs，受到生物膜微生物的制约不会造成碳源过量溶出，因而较之传统生物脱氮系统可省去碳源的自动投加控制装置，简化过程，降低了投资运行费用。Chu等[29]研究在生物膜载体的填充床反应器中以PCL为碳源去除地下水中的硝酸盐能力，结果表明，TN去除率达95%；周海红等[30]研究发现，PBS反硝化系统较传统填料为载体的反硝化系统有更强的耐pH冲击负荷能力。尽管BDPs作为反硝化碳源有很多优势，但用作碳源成本过高的问题仍需解决。

3.1.2.2 天然高纤维材料

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。由于纤维素类物质作为碳源的反硝化速率较低，而且无毒，被广泛应用在修复硝酸盐污染的地下水体中。研究较多的纤维素固体物质包括秸秆、棉花、树皮、芦苇、报纸和锯末等。Schipper等[31]利用锯屑构筑多孔渗水处理墙，其反硝化速率高，使用2.5 a仍具有很好的去除效果；Moorman等[32]发现以木屑作为反硝化碳源时，反硝化装置在运行9 a后仍具有良好的性能；金赞芳等[33]以纸和棉花等为固相有机碳源进行了去除地下水硝酸盐的研究，并与稻草和木屑等进行了对比，得到了更优的去除效果；邵刘等[34]以稻草作为反硝化试验的碳源和生物膜载体时发现，不仅硝酸盐去除率达90%以上，而且试验过程中无亚硝酸盐积累。天然固体纤维素物质用于反硝化过程的主要问题在于，反应过程受温度影响大，出水悬浮物浓度、色度和浊度均偏高，需要进行深度处理。

3.1.2.3 堆肥产品

天然固体纤维素物质因为释放碳源速度较慢导致反硝化效果较差，而堆肥是天然固体纤维素物质的一种处理方式，不仅可用腐熟程度来调控固相碳源释碳速度，降低二次污染问题，而且其内部含有稳定的微生物群落，可缩短反硝化稳定时间。Robertson等[35]利用棉花刺和泥煤等堆肥产品对地下水中微生物去除效果的研究表明，堆肥产品可以有效地去除地下水中的硝酸盐。通过调整秸秆堆肥产品原料的配比及堆肥时间，可控制有机碳的释放速率以适应不同地下水环境和硝酸盐污染程度，提高反硝化效率，其将逐渐成为国内研究的新热点。

3.2 微生物

反硝化微生物是指能够还原硝酸盐或亚硝酸盐，产生N2O或N2的微生物，其在生物反硝化脱氮技术中起着至关重要的作用。反硝化微生物以反硝化细菌为主，据报道已分离的具有反硝化功能的细菌有50多个属130多个种。研究发现，反硝化过程也广泛存在于某些真菌和放线菌中，如镰刀菌(Fusarium)、酵母菌(Saccharomyces)和链霉菌属(Streptomyces)等。根据生长所需碳源不同，将反硝化细菌分为异养反硝化菌和自养反硝化菌。异养反硝化菌通过呼吸作用利用有机碳源进行反硝化作用，将硝态氮还原为NO2或N2。异养反硝化菌根据呼吸途径又分为好氧和厌氧2种。

3.2.1 介质内接种提纯菌种

提纯菌种主要是通过对来自污水厂的活性污泥及受硝酸盐污染的土壤所含的微生物进行分离纯化并逐步进行驯化，最终得到高降解能力的反硝化细菌菌种。接种提纯菌种的PRB对硝酸盐的去除速率快，易形成优势种群，对硝酸盐污染的地下水适应期短。杨维等[38]研究发现，当温度为13～15 ℃，pH为7.2～7.5时，接种提纯菌种的PRB对地下水中硝酸盐去除率最高可达90.1%。但接种提纯菌种的缺点也很明显，如受环境影响较大，地下水水温、pH等变化极易降低其对硝酸盐的去除率。

3.2.2 介质内接种堆肥产品

堆肥产品中微生物群落结构复杂，适应环境变化能力强，PRB运行初期就有很强的去除硝酸盐能力，且对多种污染物，包括重金属铬、铅等均有很好的去除能力。但堆肥产品多为餐厨垃圾和秸秆发酵而成，除了提供微生物、碳源及一些微量元素外，还会释放大量有机物，造成地下水环境的二次污染，因此通常需与其他修复技术结合，以弥补堆肥产品作为PRB介质去除硝酸盐的缺陷。Shin等[39]的研究表明，纳米铁-微生物耦合体系可以在3 d内快速地将硝酸盐完全去除；东美英等[40]研究表明，纳米铁-微生物联合体系对pH、温度和DO的适应能力较强，有利于实际地下水的原位修复。堆肥产品与纳米铁联合体系同时弥补了单独堆肥产品产生二次污染的缺陷，及单独纳米铁体系去除硝酸盐反应的最终产物绝大部分为氨氮的缺陷，还可以充分发挥纳米铁较强的还原和吸附能力。

3.2.3 植物与PRB的联合修复

植物修复技术(phytoremediation)是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素为基础，利用植物及其共存的微生物体系，清除环境中污染物的一种环境治理技术。自20世纪90年代以来，植物修复成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题。植物修复的类型包括植物固定、根系降解、植物促进、植物降解、植物挥发和挥发转移。国内外一些学者已对其进行了研究，如Thorup-Kristensen等[41]阐明了利用填闲和绿肥作物控制硝酸盐淋洗的原理及其对土壤的影响；任智慧等[42]研究发现，可利用甜玉米降低土层中硝态氮的残留量；张丽娟等[43]在北京地区的研究发现，玉米可以利用土壤深度为100～120 cm的硝态氮，其利用率达到6.7%～11.9%，从而有效地减少硝态氮在土壤深层的残留；张永利等[44]研究表明，利用不同植物轮作可修复深层土壤中的累积硝态氮，且黑麦-高丹草轮作吸氮量高达330～390 mg(hm2·a)(以N计)。

作为新兴的绿色污染治理技术，植物修复技术具有成本低、对环境扰动小、操作简便和适用于大面积处理等优点。植物修复技术与PRB技术联合具有优势互补的效果，是提高PRB技术修复效果的一条新路。植物可以通过其根系下扎将下层累积的硝态氮和铵态氮像“泵”一样抽上来，使PRB能够完成对深层氮的去除。植物根系不仅可改变地下含水层物理特性(渗透性系数、孔隙率和含水率等参数)，解决PRB易堵塞的问题，还可作为PRB内微生物的附着点，加强微生物反硝化效果。因此，将植物修复技术应用在PRB技术中是提高PRB技术修复效果的一个新方向。

4 结论与展望

渗透性反应墙(PRB)技术效率高投资少，无需外加动力装置和地面处理设施，且活性反应介质消耗很慢，可长期有效修复受污染的地下水，是种有效且应用广泛的处理地下水硝酸盐污染的技术，具有良好的发展前景。

PRB技术丰富多样，根据其技术类型和填充材料的不同，可分为还原型、吸附型、沉淀型和降解型。在实际应用中，不同类型的介质材料存在各自的弊端，主要表现为去除硝酸盐过程中会产生二次污染，以及反应介质易阻塞的问题。

降解型PRB由于其经济高效及碳源释放稳定的特点，越来越受到人们的青睐。研究者尚在不断开发便于控制、可减少二次污染和经济高效的碳源，以及便宜的微生物菌种来源，以解决其实际应用中易阻塞和二次污染的限制。

PRB技术的发展不仅需要加强对自身反应机理的研究，还需着眼于与其他不同修复技术的配合。将PRB技术与植物处理技术相结合，利用植物根系优化土壤物理特性，增强对微生物的固定，可以降低PRB介质堵塞概率以及碳源二次污染问题，是PRB技术改善和发展的新途径。

[1] 张晓慧,葛方舟,董玉婧,等.可渗透反应墙原位修复污染地下水研究进展[J].工业用水与废水,2015,46(3):1-5.

ZHANG X H,GE F Z,DONG Y J,et al.Research progress of permeable reactive barriers for in situgroundwater remediation[J].Industrial Water & Waste Water,2015,46(3):1-5.

[2] 蓝梅,董萌,吴宏举.地下水硝酸盐氮污染原位修复研究进展[J].工业水处理,2015,35(8):15-17.

LAN M,DONG M,WU H J.Research progress in-situ remediation technology of groundwater nitrate nitrogen pollution[J].Industrial Water Treatment,2015,35(8):15-17.

[3] GU B,PHELPS T J,DICKEY M J,et al.Biogeochemical dynamics in zero-valent iron columns: implications for permeable reactive barriers[J].Environmental Science & Technology,1999,33(13):2170-2177.

[4] HOSSEINI S M,ATAIE-ASHTIANI B,KHOLGHI M.Bench-scaled nano-Fe0permeable reactive barrier for nitrate removal[J].Ground Water Monitoring & Remediation,2011,31(4):82-94.

[5] 骆其金,谌建宇,黄荣新,等.可渗透反应墙材料除氮实验研究[J].中国环境科学,2013,33(增刊1):98-102.

LUO Q J,CHEN J Y,HUANG R X,et al.Nitrogen removal study of scrap iron in permeable reactive barriers[J].China Environmental Science,2013,33(Suppl 1):98-102.

[6] 邓一荣,林挺,肖荣波,等.EKR-PRB耦合技术在污染场地修复中的应用研究进展[J].环境工程,2015(10):152-157.

DENG Y R,LIN T,XIAO R B,et al.Recent advances in the application of EKR-PRB in contaminated site remediation[J].Environmental Engineering,2015(10):152-157.

[7] 杨丽娟,刘贯群,穆来旺,等.地下水硝酸盐原位修复技术研究进展[J].水资源保护,2012,28(5):60-65.

YANG L J,LIU G Q,MU L W,et al.Research progress in technologies for insitu remediation of nitrate in groundwater[J].Water Resources Protection,2012,28(5):60-65.

[8] 张琳,张丽娜,陈禹娜,等.渗透性反应墙去除地下水中硝酸盐的试验研究[J].天津理工大学学报,2014,30(6):61-64.

ZHANG L,ZHENG L N,CHEN Y N,et al.Experimental study on removal of nitrate in groundwater with PRB[J].Journal of Tianjin University of Technology,2014,30(6):61-64.

[9] 李同燕,李文奇,胡伟武,等.玉米秆碳源去除地下水硝酸盐[J].环境工程学报,2015,9(9):4245-4251.

LI T Y,LI W Q,HU W W,et al.Performances of bio-denitrfication using maize stalks as carbon source for nitrate-contaminated groundwater in-situ remediation[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2015,9(9):4245-4251.

[10] 李洪艺,张澄博,邱锦安,等.可渗透反应障中微生物堵塞作用的研究进展[J].安徽农业科学,2012,40(20):10545-10548.

[11] ROCCA C D,BELGIORNO V,MERIC S.Heterotrophicautotrophic denitrification(HAD) of drinking water:prospective use for permeable reactive barrier[J].Desalination,2007,210(123):194-204.

[12] MOON H S,AHN K H,LEE S,et al.Use of autotrophic sulfur-oxidizers to remove nitrate from bank filtrate in a permeable reaetive barrier system[J].Environmental Pollution,2004,129:499-507.

[13] LUDWIG R D,SMYTH D J A,BLOWES D W,et al.Treatment of arsenic,heavy metals,and acidity using mixed ZVI-compost PRB[J].Environmental Science & Technology,2009,43(6):1970-1976.

[14] PHILLIPS D H,NOOTEN T V,BASTIAENS L,et al.Ten year performance evaluation of a field-scale zero-valent iron permeable reactive barrier installed to remediate trichloroethene contaminated groundwater[J].Environmental Science & Technology,2010,44(10):3861-3869.

[15] 宗芳,赵勇胜,董军,等.混合PRB介质处理渗滤液污染地下水的可行性研究[J].世界地质,2006,25(2):182-186.

ZONG F,ZHAO Y S,DONG J,et al.Study on feasibility of mixture PRB media in remediation of contaminated groundwater by leachate[J].Global Geology,2006,25(2):182-186.

[16] 杨维,王立东,杨军锋,等.PRB技术对PCBs及重金属污染地下水的试验研究[J].环境保护科学,2007,33(2):15-18.

YANG W,WANG L D,YANG J F,et al.Experimental study on using PRB to treat groundwater polluted by PCBs and heavy metal[J].Environmental Protection Science,2007,33(2):15-18.

[17] 董军,赵勇胜,赵晓波,等.垃圾渗滤液对地下水污染的PRB原位处理技术[J].环境科学,2003,24(5):151-156.

DONG J,ZHAO Y S,ZHAO X B,et al.PRB technology in situ remediation of groundwater polluted by landfill leachate[J].Environmental Science,2003,24(5):151-156.

[18] 董军,赵勇胜.用双层PRB技术处理垃圾填埋场地下水污染的可行性研究[J].环境科学学报,2004,24(6):1021-1026.

DONG J,ZHAO Y S.The feasibility study of using double layer PRB technology in remediation of groundwater pollution in landfill site[J].Acta Scientiae Circumstantiae, 2004,24(6):1021-1026.

[19] WESTERHOFF P.Reduction of nitrate,bromate,and chlorate by zero valent iron(Fe0)[J].Journal of Environmental Engineering,2003,129(1):10-16.

[20] 朱华跃,林湘文,蒋茹,等.交联壳聚糖活性炭复配吸附剂对硝酸盐氮的吸附[J].西北农业学院,2008,17(6):334-337.

ZHU H Y,LIN X W,JIANG R,et al.Study on adsorption of nitrate by crosslinked chitosanactivated carbon compound adsorbent[J].Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,2008,17(6):334-337.

[21] 杨胜科,王文科,李翔,等.沸石去除地下水中氨氮的影响因素分析及作用机理探讨[J].西安工程学院学报,2000,9(22):70-72.

[22] 李军,姚松涛,冯雷,等.Fe0-沸石去处水中硝酸盐的试验[J].沈阳建筑大学学报,2011,27(3):564-568.

LI J,YAO S T,FENG L,et al.Study on removal of nitrate from water by Fe0and Zeolitet[J].Journal of Shenyang Jianzhu University(Natural Science),2011,27(3):564-568.

[23] BLOWES D W,PTACEK C J,BENNER S G,et al.Treatment of inorganic contaminants using permeablereactive barriers[J].Journal of Contaminant Hydrology,2000,45:123-137.

[24] 王珍,张增强,唐次来,等.生物-化学联合法去处地下水中硝酸盐.[J].环境科学学报,2008,28(9):1839-1846.

WANG Z,ZHANG Z Q,TANG C L,et al.Acombination biological and chemical approach for nitrate removal from groundwater[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2008,28(9):1839-1846.

[25] FERNANDEZ-NAVA Y,MARANN E,SOONS J,et al.Denitrification of high nitrate concentration wastewater using alternative carbon sources[J].Journal of Hazardous Materials,2010,173(123):682-688.

[27] ALKALAY D,GUERRERO L,LEMA J M,et al.Review:anaerobic treatment of municipal sanitary landfill leachatest:the problem of refractory and toxic components[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,1998,14(3):309-320.

[28] 蔡碧倩.反硝化脱氮补充碳源选择与研究[D].上海:同济大学,2008.

[29] CHU L B,WANG J L.Denitrification performance and biofilm characteristics using biodegradable polymers PCL as carriers and carbon source[J].Chemosphere,2013,91(9):1310-1316.

[30] 周海红,王建龙,赵璇.pH对以PBS为反硝化碳源和生物膜载体去除饮用水源水中硝酸盐的影响[J].环境科学,2006,27(2):290-293.

ZHOU H H,WANG J L,ZHAO X.Denitrification using PBS as carbon source and biofilm supporter:effect of pH[J].Environmental Science,2006,27(2):290-293.

[31] SCHIPPER L A,BARKLE G F,VUKOVI M V.Maximum rates of nitrate removal in a denitrification wall[J].Journal of Environmental Quality,2005,34(4):1270-1276.

[32] MOORMAN T B,PARKIN T B,KASPAR T C,et al.Denitrification activity,wood loss,and N2O emissions over 9 years from a wood chip bioreactor[J].Ecological Engineering,2010,36(11):1567-1574.

[33] 金赞芳,陈英旭,小仓纪雄.以棉花为碳源去除地下水硝酸盐的研究[J].农业环境科学学报,2004,23(3):512-515.

JIN Z F,CHEN Y X,OGURA N.Denitrification of groundwater using cotton as energy source[J].Journal of Agro-environmental Science,2004,23(3):512-515.

[34] 邵刘,徐祖信,金伟,等.以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐[J].环境科学,2009,30(5):1414-1416.

SHAO L,XU Z X,JIN W,et al.Nitrate removal from wastewater using rice straw as carbon source and biofilm carrier[J].Environmental Science,2009,30(5):1414-1416.

[35] ROBERTSON W D,BLOWES D W,PTACEK C J,et al.Long-term of insitu reactive barriers for nitrate remediation[J].Ground Water,2000,38(5):689-695.

[36] CHENEBY D,HARTMANN A,HENAULT C,et al. Diversity of denitrifying microflora and ability to reduce N2O in two soils[J].Biology and Fertility of Soils,1998,28(1):19-26.

[38] 杨维,施爽,金丰饶,等.去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性试验研究[J].环境科学与技术,2010,33(增刊1):111-114.

YANG W,SHI S,JIN F R,et al.Removal effect of PRB with the load of biological media on groundwater nitrate[J].Environmental Science & Technology,2010,33(Suppl 1):111-114.

[39] SHIN K H,CHA D K.Microbial reduction of nitrate in the presence of nanoscale zero-valent iron[J].Chemosphere,2008,72(2):257-262.

[40] 东美英,安毅,李倩倩,等.纳米铁-微生物耦合体系去除硝酸盐的影响因素研究[J].环境工程学报,2010,22(9):245-249.

DONG M Y,AN Y,LI Q Q,et al.Study of influential elements on nitrate reduction by nanoscale iron particles integrated with microorganisms[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2010,22(9): 245-249.

[41] THORUP-KRISTENSEN K,MAGID J,JENSEN L S.Catch crops and greenmanures as biological tools in nitrogen management in temperatezones[J].Advances in Agronomy,2003,79:227-302.

[42] 任智慧,李花粉,陈清,等.甜玉米填闲减缓菜田土壤硝酸盐淋溶的研究[J].农业工程学报,2006,4(11):2449-2454.

REN Z H,LI H F,CHEN Q,et al.Soil nitrogen up take by sweet corn to reduce nitrogen leaching in the vegetable field[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2006,4(11):2449-2454.

[43] 张丽娟,巨晓棠,高强,等.玉米对土壤深层标记硝态氮的利用[J].植物营养与肥料学报,2004,10(5):455-461.

ZHANG L J,JU X T,GAO Q,et al.Recovery of15N-labeled nitrate injected into deep subsoil by maize in a calcaric cambisol in north chila plain[J].Plant Nutrition and Fertilizing Science,2004,10(5):455-461.

[44] 张永利,巨晓棠.不同植物轮作提取深层土壤累积硝态氮的效果[J].中国农业科学,2012,45(16):3297-3309.

ZHANG Y L,JU X T.Mining the accumulated nitrate from deep soil layers by rotation with different crops[J].Scientia Agricultura Sinica,2012,45(16):3297-3309. ○

郑利杰，高红杰，宋永会,等.我国典型城市地表水水质综合评价与分析[J].环境工程技术学报,2016,6(3):252-258.

ZHENG L J, GAO H J, SONG Y H, et al.Comprehensive evaluation and analysis of surface water quality for typical cities of China[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(3):252-258.

Research Progress of Permeable Reactive Barrier in the Remediation of Nitrate Pollution in Groundwater

WU Pengyu1,2,3, JI Danfeng2,3, SU Jing2,3,4,5, SUN Yuanyuan2,3, CUI Chifei2,3,LIANG Yuhan2,3, DANG Qiuling2,3, TANG Jun2,3

1.School of Hehai, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academic of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 3.State Environmental Protection Key Laboratory of Simulation and Control of Groundwater Pollution, Chinese Research Academic of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 4.Innovation Base of Groundwater and Environmental System Engineering, Chinese Research Academic of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 5.CNHOMELAND Environmental Protection Water Pollution Governance Academician Workstation, Guangzhou 510630, China

The principle of permeable reactive barrier (PRB) and its application status in the process of groundwater nitrate pollution remediation were reviewed. Four frequently-used types of PRB, including reducing, absorbing, precipitating and degradable PRBs, were reviewed, and the effect of PRB technique on nitrate pollution in groundwater was discussed. The impact of organic carbon sources types and microorganism species which were added to the degradable PRB on the remediation effect of ground water nitrate pollution was especially discussed, and the problems existing in the operation and the future possible development direction of PRB was analyzed. Problems that should be noticed when applying PRB technology to groundwater nitrate pollution remediation, such as the secondary pollution caused by the employ of carbon sources and bacteria, the filter medium clogging in the repairing process, the uncontrollability of carbon source release rate, and the nitrate deposition to the bottom of the PRB that was difficult to remove, were pointed out. On the basis of strengthening reaction mechanism research, combining phytoremediation with PRB technology could solve the above problems.

groundwater; nitrate; permeable reactive barrier (PRB); phytoremediation

2015-11-24

2015年全国地下水基础环境状况调查评估项目(144130012110302)

吴鹏宇(1990—)，男，硕士研究生，主要从事地下水污染修复技术研究，wupengyu000@sina.com

*责任作者:苏婧(1981—)，女，副研究员，主要从事环境管理研究，sujing169@163.com

X523

1674-991X(2016)03-0245-07

10.3969j.issn.1674-991X.2016.03.037