可渗透反应墙技术中反应介质的研究进展

杨茸茸,周 军,2,吴 雷,3*,宋永辉,刘长波,岳昌盛,田 玮

可渗透反应墙技术中反应介质的研究进展

杨茸茸1,周 军1,2,吴 雷1,3*,宋永辉2,3,刘长波4,岳昌盛4,田 玮4

(1.西安建筑科技大学化学与化工学院,陕西 西安 710055；2.陕西省冶金工程技术研究中心,陕西 西安 710055；3.西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西 西安 710055；4.钢铁工业环境保护国家重点实验室,北京 100088)

以PRBs技术中最为关键的填充反应介质为研究对象,介绍了常用的五种反应介质(零价铁、活性炭、无机矿物、黏土、和以固体废弃物为前体材料的反应介质)的研究现状,阐述了影响反应介质选择的主要因素,同时介绍了PRBs技术在实际工程应用中的典型案例,并对PRBs技术的现存问题和未来发展进行了总结和展望,以期为研发长期高效和环境友好型的PRBs反应介质提供有益的支持.

反应介质；可渗透反应墙；地下水污染；选择依据；工程应用

全球大约有15亿人口直接或间接依赖地下水获得饮用水,世界粮食生产的40%依赖于地下水灌溉.然而,由于地下水是一种隐蔽的水源,其污染往往不易被发现[1-2].截至2018年,我国329个地下水源地中有14.9%不符合饮用水标准,约超过50%的城市地下水受到不同程度的污染[3-4].此外,我国浅层地下水水质检测井中,IV和V类水质监测井占76.2%,超标指标中主要污染物有锰、碘化物、铁、硫酸盐和氯化物等[5].地下水污染的污染源主要是由农药、化肥、工业“三废”、石油化工含油废水等产生的污染物,例如硝酸盐、重金属、持久性有机污染物和卤代烃等[6],这些污染物的种类和数量已经远远超过地下水的自净化能力,已然对人类的生命健康以及生态环境造成了严重危害[7-8].因此,在面临严峻的地下水污染现状下,对地下水中污染物的控制、消除和治理技术的研究将是一项长期且艰巨的工作.

地下水治理技术主要分为异位修复技术和原位修复技术.异位修复技术中,地下水抽出-处理技术最具有代表性,可根据地下水污染范围在污染场地布设一定数量的抽水井,通过水泵和水井将污染地下水抽取至地面进行预处理和深度处理.然而,该技术能耗大,不适用于存在非水相液体的污染地下水,具有一定的局限性[9-10].原位修复技术包括原位化学修复技术、原位生物修复技术、监测自然衰减技术和可渗透反应墙技术(PRBs)等[11].其中,起步较晚的PRBs技术以无需外加动力泵输送、检测和维护的要求不高、对场地干扰小、对多种污染源(如重金属、无机阴离子、放射性元素和氯代烃及苯系物等)具有良好的处理能力等优势,被广泛地研究和应用于地下水污染的控制与修复[12-13].据最新美国超级基金报告,选择地下水异位修复技术在总体上有所减少,而原位修复技术却有所增加.地下水异位修复技术由2004年的35%降至2014年的17%,而选择原位修复技术从2004年的29%增至2014年的53%,这充分反映了人们对污染地下水原位修复技术的接受和依赖[14].PRBs技术的主要原理是通过在地下安装与水流垂直方向的透水活性材料墙体来拦截污染物羽状体,当污染羽状体通过反应墙时,污染物在可渗透反应墙内发生沉淀、吸附、氧化还原、生物降解等作用得以去除或转化为无毒物质,是一种用于污染地下水原位修复的创新技术[15-16].在PRBs技术中最为关键的是墙体内填充的反应介质,其反应活性、稳定性、成本、寿命等直接影响可渗透反应墙对污染地下水的处理效果和经济成本.

1993年加拿大滑铁卢大学首次研究零价铁用于PRBs技术并获得相关发明专利至今,零价铁仍是大多数PRBs装置中最常用的反应介质,而其他大多数材料仍集中于实验室模拟研究或中试阶段,例如活性炭、无机矿物、黏土、固体废弃物等,未能大规模地应用于污染场地地下水修复工程[17-18].因此,PRBs技术发展与推广的关键核心是研发廉价、高效的反应介质.Thakur等[19]将PRBs与传统地下水处理技术进行了比较,分析了在实际工程应用中可能出现的问题,讨论了人工神经网络、一维多重反应模型和数值模拟等多种PRBs模拟建模方法.祁宝山等[20]根据不同去除机理对PRBs中的介质材料进行了综述,讨论了其应用现状和存在问题.钱程等[21]对各类介质的适用范围和提升空间进行了讨论,并对PRBs反应介质的筛选方法进行了介绍.前人研究主要侧重于不同类型介质材料的反应机理、适用范围和应用情况等方面,而对影响反应介质选择主要因素和具体的工程应用案例分析较少.鉴于PRBs技术中反应介质的重要性,本文以PRBs反应介质为研究对象,综述了近年来国内外PRBs技术中常用的反应介质的研究现状、影响反应介质选择的主要因素及实际工程应用的典型案例,对PRBs反应介质存在问题和未来前景进行了剖析和展望,以期为PRBs反应介质的研发提供有益的支持.

1 主要的反应介质

1.1 零价铁

零价铁(ZVI)是最常用的PRBs反应介质.通过零价铁与污染物之间的氧化还原、离子沉淀以及物理吸附和絮凝等综合作用,实现了对含有氯代烃、重金属、放射性核素和无机盐类等污染地下水的有效治理.然而在长期运行中,零价铁的氧化作用会增加水体的pH值,使重金属离子形成氢氧化物或碳酸盐沉淀,沉淀物附着沉积在零价铁表面,导致零价铁钝化失活,降低了对重金属的去除效率,并且还会造成PRBs堵塞.为了解决这些问题,许多学者将纳米技术结合到制备过程中,提出了纳米零价铁这种材料进行改进.纳米零价铁能产生相对较高的比表面积,提高零价铁颗粒的化学反应性,提供更多的吸附位点,同时纳米零价铁与其氢氧化物组成核壳结构,使其具有双氧化能力,进一步增强了纳米零价铁的反应活性,也常被用做PRBs反应介质的研究[22-23].尽管纳米零价铁优点突出,但仍存在易团聚、易流失等缺点.大量研究表明,通过固体材料(纤维素、壳聚糖、聚丙烯酸、沸石等)负载纳米零价铁粒子的复合材料、含纳米零价铁的双金属材料,或以表面活性剂和植物油包埋纳米零价铁,再或以FeOOH气相还原制备的活性纳米零价铁等方式既保留了纳米零价铁的优点,又能克服纳米零价铁易团聚和易流失等缺点[24-25].此外,无毒金属氢氧化物(氢氧化镁、氢氧化铝和氢氧化钙等)具有一定的溶解性,并且非磁性,也可用于纳米零价铁的涂层材料来改善介质材料的稳定性和团聚现象[26-27].虽然纳米零价铁作为PRBs的反应介质可降低饮用水中硝酸盐浓度,在短期内是一种良好的反硝化性能的材料,但纳米零价铁在污染地下水修复过程中对环境和人类健康的长期影响还有待进一步确定[28].

1.2 活性炭

活性炭是一种多孔结构的表面化学不均匀的吸附剂,表面含有不同类型官能团(如羟基、羰基、内酯、羧酸),具有高比表面积、高吸附量、良好的机械和化学稳定性、再生和再利用等优点,被广泛用于有机物和重金属等污染物的地下水治理[29-30].例如,Huang等[31]将活性炭和铸铁组合作为可渗透反应墙的反应填充材料,通过柱实验发现,组合材料对Cr(Ⅵ)的去除量为3.806mg/g,而单个铸铁柱仅为0.721mg/g,活性炭的加入对铁去除六价铬离子有着促进作用,Cr(Ⅵ)的浓度由最初的163.67mg/L降至0.05mg/L以下,符合饮用水中铬浓度的排放标准.

但是活性炭作为PRBs反应介质最大的弊端是其反应活性在污染地下水的治理过程中会逐渐降低,最终导致整个系统出现无法继续进行修复污染物的问题.导致这一现象可能存在以下几方面的原因:一是当活性炭吸附达到饱和时,其去除效率会显著降低,从而导致PRBs失效,这是活性炭反应介质应用的致命缺陷问题;二是活性炭受污染水的pH值影响较大,较高pH值的污染地下水会使得活性炭表面的羟基或羧基发生电离,增加水分子与活性炭表面活性位点的相互作用,从而降低了对疏水化合物的吸附能力;三是活性炭的去除能力还会受地下水成分的影响,天然有机物可以与目标污染物竞争活性炭的吸附结合位点,从而降低了对目标污染物的吸附强度[12].因此,为了提高活性炭的反应活性,可采用负载或掺杂改性等方法制备复合活性炭材料,以实现活性炭材料在PRBs中的广泛应用.例如,在活性炭表面负载金属来增强吸附性能或增大活性炭的比表面积进行物理结构改性,或在活性炭表面引入含氧、氮的官能团进行表面氧化改性等[32-33].

1.3 无机矿物

天然矿物材料来源广泛且结构疏松,具有不同的孔结构以及较大的比表面积,对地下水中的污染物有良好的吸附能力.这类介质包括石灰石、沸石和磷灰石等,主要通过离子交换、吸附、溶解—沉淀等机理修复含有重金属污染地下水,对有机类污染物的去除效果较差.

石灰石是PRBs技术中最早使用的反应介质之一,通过与熟石灰、白云石等碱性材料混合,可以增加地下水的pH值,使地下水中的重金属污染物形成氢氧化物沉淀,降低地下水中重金属的含量,从而实现地下水中重金属离子的去除,常被用于处理酸性矿井排水(AMD)污染的地下水.但由于石灰石作为PRBs的反应介质调控地下水pH值的能力有限,也很难创造出促进ADM中主要组分硫酸盐还原的必要环境,很难达到较为满意的污染地下水处理效果[34].天然沸石和磷灰石也是研究较多的PRBs反应介质.天然沸石主要通过阳离子交换机制来吸附地下水中的阳离子污染物,其中研究最为广泛的是斜发沸石.通过表面改性后的沸石或合成沸石,不仅对阳离子的吸附能力得到进一步的加强,而且还能对地下水中的阴离子、非极性类有机物及细菌等污染物进行去除[35-36].然而,不管是天然沸石还是改性沸石都存在吸附饱和后便丧失去除污染物能力的缺陷,这也成为制约沸石作为PRBs反应介质应用的关键.磷灰石中含有大量的磷和钙,可通过静电吸附或离子交换来去除地下水中某些阳离子污染物,也可通过沉淀或者吸附来去除铅、砷、铀、铕等重金属污染物[37-38].但由于磷灰石脆性较高,在地下水冲击作用下,容易形成细颗粒和低孔隙率的粉末,导致PRBs渗透性降低.

1.4 黏土

黏土是一种小颗粒,主要由水、二氧化硅、氧化铝和风化岩石组成,其复杂的多孔结构和较高的比表面积有利于与目标污染物发生物理和化学反应,常见的黏土类型主要包括高岭土、膨润土、凹凸棒石等[39].各种黏土中活性矿物成分不尽相同,对污染物的去除效率也不同,并且不同类型粘土在介质条件变化下表面电荷特性差异显著,因此在使用黏土作为PRBs介质材料的时候应考虑这些差异.由于黏土的高吸附能力、低渗透性及强离子交换能力,能有效地防止地下水流动,黏土可被用于密封污染区域的地下水[40].但仅能治理污染地下水中的阳离子污染物是黏土作为PRBs介质材料最大的限制.因此,可以通过与其它介质复合或改性增加反应介质对污染物去除的种类和提高自身的吸附性能.例如,Wang等[41]合成了十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性的膨润土,改性后的膨润土(1.962mg/g)的吸附能力比天然膨润土(0.101mg/g)约高19倍.此外,将膨润土与零价铁共混作为反应介质,可将腐蚀产物从铁表面转移走,提高了活性介质材料的反应性和寿命[42].

1.5 以固体废弃物为前体材料的反应介质

PRBs技术中常用的零价铁、活性炭等介质材料,成本相对较高,这无疑会增大污染地下水的修复治理成本.如果在能保证介质材料的性能的前提下,利用较为低廉的副产品或者高负荷回收的废弃物作为活性材料,将其用于地下水修复过程是可持续发展所要考虑的关键[43].活性材料前驱体选择的不同,对目标去除污染物的类型也不尽相同.Meng等[44]以玉米秸秆为原料,经过粉碎并干燥获得40目的粒径后,在管式炉中分别采用氯化铯、锌(Ⅱ)和锆(Ⅳ)对玉米秸秆颗粒通过快速热解制备了3种改性生物炭.相比工业活性炭,改性后的生物炭的BET表面积提高3.12～5.48倍,吸附能力提高3.22～5.55倍.改性后的生物炭应用于处理实际钒污染地下水,污染地下水中钒离子浓度由初始浓度9.66mg/L降至0mg/L.Grajales-Mesa等[45]以堆肥和褐煤作为PRBs的反应介质用于治理污染地下水中的三氯乙烯(109μg/L),经198d的处理后降至1.1μg/L以下,远低于当地的地下水和饮水标准.Sudhakar等[46]采用2.5%轮胎粉碎颗粒和97.5%砂混合材料构建PRBs,可以几乎在瞬间修复被甲苯污染的地下水.固体废弃物的循环再利用符合当前可持续性发展的战略要求,为探索新型低成本介质材料开辟了新的道路,实现废弃物的资源化增值利用,并且能够很大程度上缓解环境的承载压力.

1.6 混合反应介质

由于排放的污染物存在多样性,PRB实际工程在应用时经常需要同时处理多种污染物,而单一型反应介质已经难以解决这种情况.将2种或2种以上不同类型的反应介质混合形成混合反应介质具有多种去除机制,可显著提高单一介质的修复效果,并且有利于解决反应介质长效性的问题.Huang等[47]以硫醇改性的氧化石墨烯/Fe-Mn复合材料(SGO/Fe-Mn)为反应介质,使用固定床色谱柱原位修复被汞污染的地下水,其最大单层吸附量为(112.03±16.59) mg/g.Bilardi等[48]将零价铁和火山砾按照不同的质量比制成混合介质用来去除水中的金属离子,结果表明该混合介质可有效去除Cu2+, Ni2+和Zn2+,去除顺序为Cu>Ni>Zn. Zhou等[49]考察了沸石、粉煤灰、活性炭作为单一介质以及混合介质时的去除效率.研究发现,当粉煤灰与氧化石墨烯复合时,去除率最高,达到92.6%.这些研究结果均证实了混合反应介质较单一型反应介质更具有应用潜力.

综上所述,上述PRBs反应介质对污染地下水的修复机理主要以氧化还原、沉淀、吸附和离子交换等为主,对于有机污染物的去除多以氧化还原、吸附为主,而对于金属离子污染物则多以沉淀和离子交换为主.同时,不同反应介质具有不同优缺点,需要根据应用工况做出合理的选择,如表1所示.

2 反应介质选择的影响因素

PRBs对污染地下水中污染物的去除主要是由反应介质所决定,通过反应介质的吸附、离子交换或化学反应等作用将污染物降解或固定在PRBs中,从而实现污染地下水的修复治理[12].因此,反应介质的选择是PRBs技术修复治理污染地下水的关键,其反应活性、渗透性、环境相容性、经济性、使用寿命等是决定反应介质应用的主要影响因素.

反应介质的反应活性是反应介质应具有与污染物组成和浓度相匹配的活性,并有足够的降解能力,在反应区停留期间能彻底去除污染物.典型反应介质零价铁在去除过程中消耗和腐蚀产物的形成会导致铁表面反应位减少,从而导致ZVI-PRBs系统中铁反应活性降低.为了克服这一缺陷,通常会引入一些黏土、石墨烯、无毒氢氧化物等辅助材料或者进行预处理来提高反应系统活性,例如,将纳米零价铁负载到多孔三维石墨烯上的复合介质相比单独的纳米零价铁的反应速率提高约5倍[50].

反应介质的渗透性决定污染地下水的处理效率.渗透性太小,污染羽无法正常通过PRBs,也就无法对污染地下水进行有效处理;渗透性太大,污染羽流较为容易通过,污染羽与反应介质接触时间较短,导致反应不充足或完全,降低了处理效率.通常情况,PRBs渗透系数要求为含水层渗透系数的2倍以上,既要保证污染羽在PRBs中具有较好的渗透性,又要确保污染羽与反应介质具有充足的接触反应时间和较大的接触面积[45].由零价铁与沙砾制成混合反应介质材料被应用在实际工程中,然而由于地下粘土和淤泥的沉积会造成混合反应介质材料孔隙堵塞,导致PRBs的处理效率和使用寿命大大降低.Liu等[51]将纳米FeS负载到石灰石上,表现出非常稳定的导水率,并且对五价砷的吸附量从6.64mg/g提高至187mg/g.然而通过与地下污染羽反应产生沉淀而实现较好去除效果的这类介质材料(如磷灰石),其产生的沉淀物也容易降低PRBs的水力性能.通过将多种活性材料进行混合制备的复合反应介质能显著地提高反应介质的渗透性,例如,Essia等[52]将硅砂和粘合剂与磷灰石胶体按质量分数比为95%: 3%:5%混合制得复合反应介质具有良好的反应渗透性.

表1 PRBs所使用的主要反应介质

反应介质的环境相容性是指所选取的反应介质在污染地下水修复治理过程中不会产生二次污染,更不会产生有毒有害的副产物影响下游地下水,特别是对有机污染物的氧化还原是否会产生新的污染物特别值得关注和研究.Grajales-Mesa等[45]利用褐煤和堆肥混合料作为反应介质,堆肥发酵可以产生电供体,对氯代有机物的去除效果可达到99%.其中,高氯乙烯对低氯乙烯的抑制降解以及竞争吸附被认为是影响脱氯过程的重要因素,但此研究对于氯代有机物是否完全脱氯转换为无毒害产品还有待进一步探索.

反应介质的经济性是要求在保证介质材料具有良好的去除效率和稳定性的前提下,选择结构简单、价格低廉、使用方便的反应介质,目的是为了尽可能地减小PRBs的投资和运行成本.近年来,利用生物质和固体废弃物制备多孔碳材料作为PRBs的反应介质的研究越来越多,据报道,生物质和固体废弃物多孔碳的制备成本分别仅需0.13USD/t和0.32USD/t[53].

反应介质的使用寿命被定义为在一定时间内保持污染物吸附的能力,反映了反应介质对污染地下水中污染物的去除能力[54].通过电动、微波等技术协助PRBs技术可实现反应介质寿命的延长[46-48]. Mahdyar等[55]提出了将电动过程与PRBs技术联用,联用工艺可以使出水硝酸盐浓度保持在标准限度值内约111h,而PRBs单独处理只可维持约59h,大大延长其反应介质的寿命.Falciglia等[56]研究了微波协助再生可渗透性反应墙(MV-PRB)系统处理Cs污染地下水的可行性.研究发现,颗粒活性炭经过连续10个微波再生周期后,其再生率较高(79%～110%),失重较低(6.78%),说明微波辐射可促使对Cs饱和的颗粒活性炭的再生,并且该处理方法具有潜在的技术经济性.

3 工程应用案例

根据反应介质的变化,PRBs技术大致可以分为2个阶段,即2000年以前的传统零价铁为反应介质的PRBs阶段和2000年以后的新型复合介质的PRBs阶段[57].零价铁作为PRBs的反应介质的最典型工程应用是20世纪90年代初美国北卡罗来纳州Elizabeth城某金属电镀车间受Cr6+和TCE污染的地下水修复治理.在Pasquotank河南岸附近安装一个46Í0.6Í7.3m(长Í宽Í深)的连续式PRBs装置,填充450t零价铁为反应介质,铁颗粒的粒径为0.4mm,表面积为0.8～0.9m2/g.该PRBs装置建成投产后,3a的监测数据显示,未经处理的Cr6+的质量浓度最高达3mg/L,而经过PRBs处理后的Cr6+的质量浓度接近于0或者低于检测下限;未经处理的TCE的质量浓度最高可达114 μg/L,而经过PRBs处理后的TCE的最大质量浓度仅为2.9 μg/L.该装置运行22a后,对TCE的去除率仍高达98%[58].这项研究首次表明,零价铁作为反应介质在连续运行20年的PRBs装置中仍能表现出较高的反应活性,能实现长期高效地修复治理污染地下水.该项目总投资包含建设施工投资、设备投资、运行管理等约为70万UDS,其中第一年的运行管理费用为8.5万UDS,之后的运行管理费用为每年3万UDS.据估算,该装置正常运行20a的运行和维护成本比污染地下水抽出异位修复节省约400万UDS.

西班牙某地安装了一个以黏土和木屑混合物作为反应介质,厚度为1.5m的可渗透性反应墙,以防止137Cs渗入地下水中[59],并且在该装置的墙体内和周围设置14个取样孔,取样孔深度范围为2～12m,历经八年定期开展抽样检测以评估黏土去除137Cs的效果.结果表明,在受污染区域的地下中检测到137Cs的活度浓度范围为163Bq/m3至7990Bq/m3,污染地下水经PRBs区域后,137Cs的活度浓度均降到饮用性水标准(104Bq/m3)以下,其主要原因是反应介质中伊利石(99%)的磨损边缘部位大量地吸附了137Cs.本工程应用案例也证实了在实际应用中黏土可作为可渗透性反应墙的反应介质.

我国内蒙古包头地下水受稀土尾矿库区的污染,地下水中硫酸盐含量过高,严重影响当地居民生活和农业生产.2015年在包头稀土尾矿矿区附近构建了以生物炭、沸石和D301树脂(质量比例1:1:1)为混合反应介质的注入式PRBs装置[60].该装置反应活性井为3排,共14个点(相邻两点间隔为3m),深度为10～11m,形成半径为1.5m左右的反应区.实际使用生物炭、沸石和D301每种活性填料各2t,每口井所需各填料143kg,经过注入式PRBs装置连续3个月正常运行,污染地下水中硫酸盐浓度从初期的700mg/L降低至111mg/L,达到了地下水质量常规指标III类(£250mg/L)要求.此外,混合反应介质对污染地下水中的K+、Na+、Mg2+等阳离子也具有一定的去除效果.通过对该项目包括设备费、材料费以及测试费等各项费用的综合评价,其投资总成本约为536500元,相对投资成本较低.

我国最新的一个PRBs中试装置是由中国科学院南京土壤研究所宋昕团队于2018年8月在湖南长沙原铬盐厂完成,该PRBs装置的反应墙尺寸为25Í3.3Í15m(长Í宽Í深),采用连续式反应墙结构,对污染地下水中的重金属铬进行拦截和净化.经过连续数月的正常运行,污染地下水中金属铬的浓度从最初的约50mg/L降低为0mg/L,取得满意的修复效果.该项目为长沙铬盐厂铬污染整体治理项目中的一部分,约处理1.98万m3污染地下水,项目总投资约为7亿元人民币,建设总周期为22个月,质保期为5年.该项目的成功建成和稳定运行,是体现我国重金属污染场地土壤及地下水绿色可持续修复技术发展的一个成功的案例,标志着我国PRBs修复技术应用进入新阶段,将进一步推动我国地下水污染防治修复技术向国产化、工程化方向发展.

综上所述,PRBs技术已在国内外广泛应用于地下水污染修复中,达到了较好的修复效果,获得了显著的经济效益,特别是ZVI-PRBs.但还有不少失败的PRBs工程应用案例,如瑞士图恩地下水修复案例.失败的主要原因是在建设前并未全面勘察了解场地特征和污染物分布,导致PRBs系统达不到预期目标[61].PRBs技术的研究和应用现阶段还未完全成熟,在实际工程应用前,应对实施场地的特征、污染物的分布等因素进行详实的研究评估;工程开始运行后需要对系统进行长期、全面的监测以获取相关反应数据,才能保证系统的平稳有效运行.

4 展望

PRBs技术是一种具有广阔发展前景的污染地下水原位修复技术,根据地下水中污染物的类型和所处场地的水文地质条件,选择适宜的反应介质对污染地下水修复治理已取得了较好的理论和实践基础.然而,由于PRBs技术发展时间较短,在研究和应用过程中存在较多的技术瓶颈需要攻关解决.例如,PRBs技术处理周期较长,一般需要数年时间,对于实际工程中反应介质的性能评估数据仍然匮乏,对改性反应介质和新型多孔材料在修复反应过程中的作用机制和反应原理尚不确定,反应介质的综合性能与经济性存在较大冲突等.因此,研发具有低成本、高稳定性和高效去除多类型污染物的反应介质将是PRBs技术可持续性发展中面临的一个重要挑战.

PRBs反应介质将对实现污染地下水的高效修复有着十分重要的意义,其研究应朝着高活性、长寿命、广适用、低成本的方向展开,可借助理论-数值模拟技术深入探讨反应介质的反应活性、反应机制及使用寿命,着重研发如稻草[62]、赤泥[63]、污水污泥废弃物和水泥窑粉尘复合材料[64]等固体废弃物为原料的可再生反应介质,实现变废为宝和循环利用,深入研究电动法、微波法等反应介质的可再生利用技术,延长反应介质的使用寿命,开展混合介质或复合介质对地下水中多类型污染物去除的协同集成技术研究.

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Research progress of reaction mediums in permeable reaction barrier technology.

YANGRong-rong1, ZHOU Jun1,2, WU Lei1,3*, SONG Yong-hui2,3, LIU Chang-bo4, YUE Chang-sheng4, TIAN Wei4

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Xi¢an University of Architecture and Technology, Xi¢an 710055, China；2.Research Centre of Metallurgical Engineering & Technology of Shaanxi Province, Xi¢an 710055, China；3.School of Metallurgical Engineering, Xi¢an University of Architecture and Technology, Xi¢an 710055, China；4.State Key Laboratory of Iron & Steel Industry Environmental Protection, Beijing 100088, China)., 2021,41(10)：4579～4587

Among the numerous treatment technologies for contaminated groundwater, permeable reactive barriers (PRBs) technology plays an increasingly important role in passive interception and in-situ treatment of contaminated groundwater due to its good in-situ treatment effect, wide treatment range, long longevity and good economic benefits. In this paper, the most critical filling reaction medium in PRBs technology was taken as the research object, and five commonly used reaction mediums, such as zero-valent iron, activated carbon, inorganic minerals, clay and solid waste as the precursor materials of the reaction mediums, and the selection basis of reaction mediums were expounded. Meanwhile, the typical cases of PRBs technology in practical engineering applications were introduced, and the existing problems and future development of PRBs technology were summarized and prospected. This paper may provide useful support for the development of long-term efficient and environmentally friendly PRBs reaction mediums.

filling reaction medium；permeable reaction barriers technology；groundwater pollution；selection basis；engineering application

X523

A

1000-6923(2021)10-4579-09

杨茸茸(1997-),女,陕西安康人,西安建筑科技大学化学与化工学院硕士研究生,主要从事新型多孔碳制备及有机废水处理研究.

2021-02-18

国家自然科学基金项目(51774227);陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JLP-17);陕西省创新能力支撑计划(2020TD-028);榆林市科技计划项目(CXY-2020-058);钢铁工业环境保护国家重点实验室开放基金课题(YZC2019ky01)

* 责任作者, 博士, wulei0718@126.com