漏斗胸

注册

 

发新话题 回复该主题

综述PRB技术在污染场地治理中的应 [复制链接]

1#

PRB技术在污染场地治理中的应用及展望

褚兴飞,王殿二,顾志*

(上田环境修复有限公司,江苏常州)

[摘要]可渗透反应墙(PermeableReactiveBarrierPRB)技术是处理土壤和地下水污染的新趋势。本文综述了PRB技术的反应原理和结构,重点介绍了PRB技术研究内容的核心——反应区域介质,简述了国内外PRB技术的应用及研究现状。在此基础上,对PRB技术在我国污染场地治理中的应用前景进行了展望。

[关键词]可渗透反应墙;污染场地;环境修复;反应介质

[卷期]《广东化工》年第24期第47卷(总第期)

1、为什么用PRB技术

我国土壤和地下水受有机物和重金属污染较为严重[1-3]。土壤和地下水环境质量与农产品和人类生命健康息息相关,因此土壤和地下水的修复和防护工作迫在眉睫。目前,污染场地的修复方式主要有异位修复技术和原位修复技术两种。异位修复技术是指将污染场地的土壤和地下水通过技术手段转移至邻近场地或反应器内进行修复的技术。虽然该修复技术可以有效地治理污染,但是作为一种长期使用的污染场地修复手段还存在着高成本、资源浪费和破坏原有生态风险[4]。原位修复技术是指在不破坏原生态的基础上,在污染场地对污染物进行去除的技术。相较于异位修复技术,原位修复技术具有低成本、维持原有生态、二次污染几率小的优点。但是,当前常规的原位修复技术对大量的有机物特别是能在水中溶解的有机物去除效果较差[5]。可渗透反应墙(PermeableReactiveBarrier,PRB)技术作为一种新型污染场地的原位修复技术,是20世纪90年代发展起来的,是一种将溶解的污染物从污染水体中去除的钝性处理技术[4],主要用于处理苯系物、石油烃、氯化烃、重金属和放射性物质等[6]。由于PRB技术具有处理效果稳定、环境风险低、性价比高等特点,被广泛的应用和研究[7]。

2、PRB技术是什么

2.1

PRB技术原理

PRB技术的原理是在浅层土壤与地下水之间填充活性材料,构筑一个具有渗透性、含有反应材料的墙体,并利用天然地下水力梯度使污染地下水优先通过渗透系数大于周围岩土体的透水格栅并与填充在内的活性反应介质相接触反应(吸附作用、沉淀反应、氧化还原反应和生物降解反应等)达到去除污染物的目的[8-9]。

2.2PRB的结构

2.2.1地下水修复PRB技术的结构

地下水修复PRB技术主要可分为4种结构:连续反应墙式、漏斗-导水门式和注入处理带式以及单元反应式[8]。4种类型PRB平面示意图如图1所示。图1种类型PRB平面示意图:(A)连续反应墙式;(B)漏斗-导水门式;(C)灌入处理带式;(D)单元反应式图1(A)所示为连续反应墙式PRB,其是在所处理有机污染地下水的流径内垂直的安装反应墙体,以达到充分处理修复污染区域内的水体的目的。连续反应墙式PRB结构简单,造价成本低且对天然水体的负面影响可忽略不计,因此常用于地下水埋深较浅且污染羽规模有限的场地[10]。图1(B)所示为漏斗-导水门式PRB,其是由不透水的隔水墙漏斗、反应填料以及导水门三部分组成,且此结构主要是为了防止污染羽渗透到未污染的水体和土壤中,造成二次污染[11]。因此,漏斗-导水门式PRB更适用于污染较严重场地。图1(C)所示为注入处理带式PRB,其结构特点是多口反应井重叠。在注入处理带式PRB中,污染羽随着水力梯度流入主反应区,依据渗透性不同而被分组处理[10]。因此,注入处理带式PRB对修复场地的渗透性要求较高。图1(D)所示为单元反应式PRB,其是通过收集槽将污染羽引入利用反应介质构建的反应器,在反应器中污染物质与反应介质发生反应,达到修复地下水的目的[12-14]。根据单元反应式PRB的结构特点,它更适用于处理污染羽较宽的污染场地。2.2.2土壤修复PRB技术的结构土壤修复是一个庞大的系统性的工程,与单纯的地下水修复处理相比,修复难度较大。现阶段,常用的土壤修复PRB技术主要有两种结构,分别为纳米铁微粒反应墙和电动生物反应墙。纳米铁微粒反应墙以纳米铁微粒作为反应介质,与乳化剂、水以一定比例混合均匀注入土壤中,通过纳米铁微粒与亲油性有机物反应去除土壤中的有机污染物以发挥修复功能[15]。而电动生物反应墙则是土壤微生物利用水在电极作用下电解产生的氧气和氢气将污染物质分解以达成去除污染物、修复土壤的目的[16-17]。

3、PRB技术的关键

反应介质是决定PRB技术修复效果的关键因素。在PRB修复系统内,污染羽在自然水力梯度下穿过反应介质后被转化成环境可接受的物质从而达到修复水质的目标[18]。因此,对PRB的反应介质的类型和选择不断地进行研究了解是极其重要的。3.1

反应介质类型

根据反应介质与污染羽的作用不同,可以把反应介质分为4类:吸附作用类反应介质、化学沉淀类反应介质、氧化还原类反应介质和生物降解类反应介质。

3.1.1吸附作用类反应介质

吸附作用类反应介质是以吸附剂作为反应介质,通过反应介质的物理化学吸附、络合反应和离子交换作用将污染物(重金属、有机物、NH4+-N等)吸附于吸附剂表面,以达到阻止污染物进一步扩散的目的,从而修复地下水[19]。常见的吸附作用类反应介质有沸石、活性炭、赤泥、铝硅酸盐、有机碳、陶粒、粉煤灰等。有机碳常用于有机污染物的处理,且效果良好。但是,在使用过程中要考虑吸附容量大小以及吸附剂的及时清洗和更换工艺[20]。3.1.2化学沉淀类反应介质化学沉淀类反应介质主要是由消石灰、石灰石、磷灰石组成,利用反应介质与污染羽中的重金属离子发生化学反应产生难溶或不溶沉淀,以达到去除污染场地重金属离子的修复效果。Wang等[21]将在碳酸钙基PRB修复系统应用于垃圾填埋场中,证明了化学沉淀类反应介质对地下水中铁、锰的去除率均大于90%/年。虽然化学沉淀类反应介质对重金属离子的去除率很高,但是随着使用时间的增加,沉淀物质的堆积日益严重,且很容易堵塞PRB系统中的孔隙,使其净化地下水能力下降。

3.1.3氧化还原类反应介质

氧化还原类反应介质是以还原剂为反应介质,通过反应介质的还原反应,将污染因子从高价态还原低价态并进一步形成沉淀或气体,达到固化或气化污染物的作用而净化水体[19]。常见的氧化还原类反应介质为Fe0(ZVI)、Fe2+和Al0等金属材料。其中,ZVI为使用最广泛的氧化还原类反应介质。Mackenzie[22]等通过柱试验验证ZVI作为反应介质处理氯化溶剂所产生的沉淀物对反应介质的孔隙率、导水率和铁的反应性影响不大。Ruiz[23]等人使用ZVI反应性屏障和电去除技术实验证明依靠ZVI可以成功从土壤中去除除水之外的污染物,达到修复污染土壤的效果。3.1.4生物降解类反应介质生物降解类反应介质主要是通过好氧或缺(厌)氧微生物,在电子供体和碳源充足的条件下,降解水中污染物,达到净化水体的效果[17]。因此,生物降解类反应介质主要由好氧或厌氧环境、微生物载体、电子供体和碳源四部分组成。生物降解类反应介质广泛用于处理地下水中BTEX、氯代烃、农药等有机污染物。Liu[24]等以珍珠岩—泥炭混合物为反应介质构造PRB修复系统并结合曝气系统处理地下水中的硝基苯和苯胺,实验发现系统仅运转3天就可以完全降解硝基苯和苯胺。生物降解类反应介质是环保型材料,对环境的负面影响较小。但是,在使用过程中要注意保持碳源的充足以维持微生物正常生命活动。3.2

反应介质的选择

反应介质是决定PRB技术修复污染场地能力的关键,因此要根据污染产地优选反应介质。PRB技术选择反应介质要遵循以下原则:(1)所选反应介质材料要和污染场地的污染物发生一定的物理、化学和生物反应;(2)所选反应介质材料应满足经济和技术要求,实现低成本高效果的目标;(3)所选反应介质材料应具有高力学和化学稳定性以及抗腐蚀性,以满足长期修复场地的需求;(4)所选反应介质材料不能对修复场地产生二次污染[18,25]。

4、PBR技术的过去

4.1国外PRB技术的应用及研究现状

自20世纪70年代以来,国外就已经开始在对PRB技术进行试验研究和工程应用。Gillham[26]等人于年首次实地实践用ZVI对氯代有机物的还原脱氯,由于该系统运行5年仍保持较高的污染物去除效率,PRB这种低成本高效率的原位修复技术依然引起各国科学家的研究兴趣。英国是第一个正式运用PRB技术修复地下水的国家。年,英国研究人员[27]安装利用隔水漏斗—导水门式PRB以修复含有高浓度除油剂三氯乙烯的地下水,运行结果显示三氯乙烯浓度明显下降。随后,在年,Conca[28]等研究人员在美国Success矿附近修建了磷灰石反应介质PRB修复系统,用以修复尾矿库废水,通过检测处理后水体Cd和Pd浓度均减少99%,再次证明PRB技术的高修复污染场地的能力。Hormg[29]以ZVI为反应介质将PRB修复技术应用于土壤原位修复,证明可以高效去除土壤中的三氯乙烯。迄今为止,国外已经成功建设和运用多座PRB修复系统于实际工程中[30]。另外,美国环保署、美国海*工程服务中心等机构已制定并发布了PRB技术工程设计手册用于指导PRB修复系统的建设和运行[31]。4.2

国内PRB技术的应用及研究现状

我国PRB技术研究起步较晚,目前正处于深度实验研究和初步实际工程应用阶段。年,崔海炜[32]等人分别以炉渣、陶粒、活性炭、天然沸石与ZVI作为反应介质设计了5种PRB修复系统,用于垃圾渗滤液的地下水修复,证明了PRB技术可以有效地修复被垃圾渗滤液污染的地下水。年,聂宁[33]等制备沸石和零价铁复合反应介质材料对水中的六价铬污染进行处理,实验结论证明该复合反应介质不仅处理效果良好,还具有比单一反应介质易填充的优势。年,周书葵[17]等人在实验室利用电动力联合可渗透反应墙修复铀污染土壤,研究证明电动力联合可渗透反应墙技术在修复铀污染土壤具有明显的优势。

5、PRB技术的未来

PRB技术用于污染场地修复具有其他修复技术无法比拟的优势。

一方面,PRB技术具有多种反应介质和灵活的结构选择,可以针对不同的污染场地选择最优的反应介质和系统结构,应用场景十分广泛;

一方面,PRB技术作为一种土壤和地下水的原位修复技术,具有成本低廉、耐消耗、高运行稳定性和去除污染物效率高的优点,符合我国国情,尤其对大面积非敏感用地污染场地、有机蒸汽入侵的污染场地以及突发性环境污染事件修复效果显著,市场前景广阔。

另外,PRB修复系统具有一定的渗透性,不会对地下水的流动产生干扰,也不会对场地土壤产生二次污染。

PRB技术中新型和复合反应介质和结构的开发和研究、PRB修复系统工程的设计和开发以及PRB修复系统的实际工程应用将是我国未来研究的发展方向。另外,随着对PRB技术的深入研究,不断改进反应介质材料和处理效果,完善PRB修复系统的设计和建设,PRB技术将更快的实现大批量的实际工程应用。

参考文献

福利——论文全览

声明:遵循

分享 转发
TOP
发新话题 回复该主题