【纯干货】污染场地修复技术之渗透性反应墙技术

技术原理：是指在污染源的下游开挖沟槽，安置连续或非连续的渗透性反应墙，在其中充填反应介质，与流经的地下水发生物理、化学和生物化学反应，使地下水中的污染物得以阻截、固定或降解。

技术特点：从污染源释放出来的污染物质在向下游渗流过程中，溶解于水中形成一个污染地下水羽流，经反应墙，通过物理、化学及生物过程得到处理与净化。在原位反应墙修复技术中，最重要的功能单元为原位反应器。根据特定地质和水文条件、污染物的空间分布来选择反应墙(PRB)的类型。PRB按照结构，分为漏斗-门式PRB和连续透水的PRB。

漏斗-门式PRB：由不透水的隔墙、导水门和PRB组成，适用于埋深浅、污染面积大的潜水含水层;

连续透水的PRB：适用于埋深浅、污染羽流规模较小的潜水含水层。

系统构成和主要设备：分为单处理系统和多单元处理系统。

单处理系统PRB的基本结构类型包括连续墙式PRB和漏斗-导门式PRB，还有一些改进构型，如墙帘式PRB、注入式PRB、虹吸式PRB以及隔水墙-原位反应器等，适用于污染物比较单一、污染浓度较低、羽状体规模较小的场地;

多单元处理系统则适用于污染物种类较多、情况复杂的场地。多单元处理系统又可分为串联和并联两种结构。串联处理系统多用于污染组分比较复杂的污染场地，对于不同的污染组分，串联系统中的每个处理单元可以装填不同的活性填料，以实现将多种污染物同时去除的目的。

主要设备：沟槽构建设备(双轮槽机、链式挖掘机等)、阻隔幕墙构建设备(大型螺旋钻、打桩机等)、监测系统(氢气、氧化还原电位、pH 值、水文地质情况、污染物、反应墙渗透性能的变幅和变化情况等在线监测系统)等。

关键技术参数或指标：主要包括PRB安装位置的选择、结构的选择、埋深、规模、水力停留时间、方位、反应墙的渗透系数、活性材料的选择及其配比。

(1)PRB安装位置的选择：第一步，通过土壤和地下水体取样、试验室测试研究、现有数据整理，圈定污染区域，其范围应大于污染物羽流，防止污染物随水流从PRB的两侧漏过去，建立污染物三维空间模型，然后选择计算范围，进而建立污染物浓度分布图。第二步，通过现场水文地质勘察，绘出地下水流场，了解地下水大体流向。第三步，根据地下水动力学，探讨污染物的迁移扩散方式和范围，在污染物可能扩散圈的前端划定PRB的安装位置。第四步，在初定位置的可能范围进行地面调查。

(2)PRB结构的选择：对于比较深的承压层，采用灌注处理式PRB比较合适;而对于浅层潜水，可采用的PRB形式多种多样。此外，还应考虑反应材料的经济成本问题，若用高成本的反应材料时，可采用材料消耗较少的漏斗-导水门式结构;若使用便宜的反应原料，宜选用连续式渗透反应墙。

(3)PRB的规模：根据欧美国家多个PRB工程的现场经验可知，PRB的底端嵌入不透水层至少0.60m，PRB的顶端需高于地下水最高水位;PRB的宽度主要由污染物羽流的尺寸决定，一般是污染物羽流宽度的1.2-1.5倍，漏斗-导水门式结构同时取决于隔水漏斗与导水门的比率及导水门的数量。考虑到工程成本因素，当污染物羽流分布过大时，可采用漏斗-导水门式结构的并联方式，设计若干个导水门，以节省经济成本和减少对地下水流场的干扰。

(4)PRB水力停留时间：污染物羽流在反应墙的停留时间主要由污染物的半衰期和流入反应墙时的初始浓度决定。污染物的半衰期由室内柱式试验确定。

(5)PRB走向：一般来说，反应墙的走向垂直于地下水流向，以便最大限度截获污染物羽流。在实际工程设计中，一般根据以下两点确定反应墙的走向：a)根据长期的地下水水文资料，确定地下水流向随季节变化的规律;b)建立考虑时间的地下水动力学模型，根据近乎垂直原理，确定反应墙的走向。

(6)PRB的渗透系数：一般来说，反应墙的渗透系数宜为含水层渗透系数的2倍以上，对于漏斗-导水门结构甚至是10倍以上。

(7)活性材料的选择及其配比：反应介质的选择主要考虑稳定性、环境友好性、水力性能、反应速率、经济性和粒度均匀性等因素。PRB处理污染地下水使用的反应材料，最常见的是零价铁，其它还有活性碳、沸石、石灰石、离子交换树脂、铁的氧化物和氢氧化物、磷酸盐以及有机材料(城市堆肥物料、木屑)等。

技术应用基础和前期准备：需调研的参数主要包括：污染物特征，如非饱和土壤和含水层污染物的种类、浓度、三维空间分布、迁移方式及转化条件;当地的地理地质概况和水文气象、地下水的埋深、运移参数、季节性变化;含水层的厚度及其渗透系数、孔隙度、颗粒粒径和级配、地下水的地球化学特性(如pH值、Eh、DO、温度、电导率、Ca2+、Mg2+、NO3-、SO42-等离子含量等);现场微生物活性和群落;现场施工环境条件对周围环境的影响;治理周期、效益、成本、监测;工程项目经费。然后在试验室进行批量试验和柱式试验，确定活性反应介质并测试其修复效果和反应动力学参数，建立水动力学模型。根据这些参数计算确定PRB的结构、安装位置、方位及尺寸、使用期限、监测方案，并估算总投资费用。

主要实施过程：(1)对于深度不超过10m的浅层PRB，在污染羽流向的垂向位置，使用连续挖沟机进行挖掘，并回填活性材料，同时设置监测井、排水管、水位控制孔等，最后在墙体上覆盖土层。也可采用板桩、地沟箱、螺旋钻孔等挖掘方式。(2)对于深度大于10m的PRB，有多种方式进行开挖和回填。由于深度较大，回填时常采用生物泥浆运送反应材料，通常是采用瓜尔豆胶，并在混合物中添加酶，可以使瓜尔豆胶在几天内降解，留下空隙，形成高渗透性的结构。采用该胶时，安装前先测试地下水的化学性质是否与反应材料和生物泥浆的混合物相适合，以确定生物泥浆能否在合适的时间内得到降解。采用深层土壤混合法时，一般采用螺旋钻机进行钻挖和回填，随着螺旋钻在土壤中缓慢推进，将生物泥浆和反应材料的混合物注入并与土壤混合。在松散的沉积层中可将反应材料放置到地表下近50m处。采用旋喷注入法时，将喷注工具推进到需要的深度，通过管口高压注射反应材料和生物泥浆，连续喷注一系列的钻孔形成可渗透反应墙。垂直水力压裂法是将专用工具放入钻孔中来定向垂直裂缝，利用低速高压水流，将材料注入土壤层，形成裂缝，由一系列并排邻近的钻孔水力压裂形成渗透反应墙。

运行维护和监测：PRB建好后，需进行长期观测、运行和管理。其运行维护相对简单，运行过程中仅需在长期监测的基础上对反应介质进行定期更换。为了精确测量监测效果，需在PRB上下游及PRB内布置监测井观测水位深度变化，并周期性地监测相关的水文地质化学参数、流速等。监测井的布置要保证能够捕获污染羽流的运动方向，因此应在浓度较高或接近反应墙的位置集中布置监测井。常用的监测指标有目标污染物、降解中间产物、氧化还原电位)、pH值、Eh、BOD5、COD等。

修复周期：处理周期较长，一般需要数年，常通过实验室小试或中试确定。

参考成本：其处理成本与PRB类型、工程规模等因素相关。据2012年3月美国海军工程司令部发布的技术报告，处理地下水的成本介于1.5-37.0美元/m3。目前，国内尚无可参考的工程案例成本。

应用情况：国外，该技术较为成熟，在北美和欧洲等发达国家有较多应用。美国环保署、美国海军工程服务中心等机构已制定并发布了本技术的工程设计手册。根据美国超级基金项目统计，2005-2008 年有8个项目使用了该技术。国内，该技术在我国尚处于中试阶段，缺乏工程应用案例。