地下水污染修复中的PRB技术研究.doc

地下水污染修复中的PRB技术研究2010年第4期水科学与工程技术?5l?地下水污染修复中的PRB技术研究熊雪萍,李福林,陈学群(1.山东建筑大学市政与环境工程学院,济南250101;2.山东省水利科学研究院,济南250013)摘要:PRB渗透反应墙技术是近年来广泛应用的一种地下水污染修复技术.文中介绍了其基本概念,基本原理,结构类型,安装要素和主要材料选取.该技术在我国具有良好的应用前景.关键词:PPO3;地下水污染;修复中图分类号:X820.6文献标识码:A文献编号:167299002010)04005103PRBgroundwaterremediationtechnologyreviewX10NGXuepin,LIFulin.CHENXuequn(1.JinanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Jinan250101,China;2.WarerResourcesResearchInstituteofShandongProvince,Jinan250013,China)Abstract:PBR-permeablereactivewalltechnologyiswidelyusedinrecentyears,agroundwaterpollutionremediation.Thispaperintroducesthebasicconcepts,basicprinciples,structuretype,installationelementsandthemainmaterialselection.Thetechnologyhasagoodprospectinourcountry.Keywords:PRB;groundwaterpollution;remediation地下水是地球上数量丰富,分布广泛的淡水资源,对于人类生产,生活有着重要意义.然而,随着大量工农业废水,废物的排放,集约化的畜禽养殖和氮肥的过量使用.导致地下水污染日益严重,已成为世界普遍的环境问题.世界卫生组织调查收稿日期20100613作者简介熊雪萍(1985一),女(汉族),山东荷泽人,硕士,主要从事水处理技术方面的研究,(rre1lllll,ll,l,l,l,11,ll11,l,l,11.,ll,l,l,llll,生物絮凝吸附作用,减少了二级处理的负担,在基建与运行费用增加不多的条件下,较大地提高污染物的去除效率,以达到大幅度削减有机物总量的目的.此工艺对COD,SS的去除率大大高于普通一级处理,有较强的抗冲击负荷能力.强化一级处理是一种降低能耗的办法.为了提高SS,COD及有机物的去除率,应充分利用当地的自然条件,再配合物理,化学,生物的方法,确定最佳处理工艺.强化一级处理工艺流程短,基建与运行费用低,受自然约束条件少,操作简单.是西北地区城市污水处理技术的一个发展方向.2.3污水资源化西北地区是我国水资源最为贫乏的地区,可供开发利用的水资源已经非常有限.在加大城市废水处理力度的同时,提高污水回收利用率,为西北地区开发提供稳定可靠的水资源.促进经济的发展和保障人民的需要.根据污水回用方向和水质要求,选择上述3种污水处理技术进行处理后的污水,或直接回用,或进一步经过滤,活性炭吸附,消毒等深度处理后回用93.总之.应该根据西北地区特点,经济状况和回用水的用途,选择适宜的污水回用工艺,研究,开发出适合西北地区污水回用的高效低能的新技术,新工艺.实现污水资源化.3结语(1)城市废水处理工艺技术的选择十分重要,不应完全效仿东部地区甚至国外的所谓先进工艺技术,而应注重采用适合于西部地区自然条件的废水天然净化系统,城市废水处理厂的建设必须与城市废水收集管网的建设同步进行,以免由于管网系统建设的滞后而使废水处理厂的功能得不到发挥.(2)西北地区地广人稀,利用自然资源和可再生能源的处理技术,探求短流程高效低能的组合技术是城市污水处理技术的发展方向.(3)针对西北地区地域特点和经济相对落后的状况.建议西北地区利用本土资源,采用投资少费用低的土地处理,稳定塘,强化一级处理等污水处理技术与污水回用技术一并考虑,在西北地区大规模推广和应用,促进西部的经济发展.参考文献:1郑兴灿.城镇污水处理与再生利用J.建设科技,2007(11):4243.2赵恩海,朱文亭.我国污水处理的发展趋势J.城市环境与城市生态,2000,13(4):3941.3王宝贞,赵庆良.稳定塘处理技术的发展趋势J.中国给水排水,1992,8(5):34-35.4杨文涛,刘春平,文红艳.浅谈污水土地处理系统J.土壤通报,2007,38(2):394-398.5丁廷华,王绍堂,李汝琪.人工湿地处理城市污水和工业废水的研究A.给水和废水处理国际会议论文集C.北京:中国建筑工业出版社.1994.6何守水.污水的地下渗滤处理系统在农村应用的探讨J.山西建筑,2005,31(12):155156.7白少元,解庆林,李艳红,等.混凝法处理污水处理厂出水中磷的实验研究J.环境科学与技术,2006,29(8):67698师绍琪.生活污水生物絮凝吸附强化一级处理的研究J.中国给水排水,1998,14(2):57.9李梅,黄廷林.西北地区城市污水再生回用技术J.城市环境与城市生态.2003,16(1):6567.52.熊雪萍,李福林,陈学群:地下水污染修复中的PRB技术研究至Q生箜塑表明,全世界每年至少有1500万人死于水污染引起的疾病口,严重制约了经济的发展和人类的健康.因此,研究地下水环境的污染状况.预测其发展趋势,制定相应的控制措施处理污染的地下水.已成为水资源保护工作的重要内容之一.发达国家已经投入了大量的人力,物力对受污染环境进行修复,地下水原位修复技术得到了迅速发展.PRB是近年来迅速发展的一种地下水污染的原位修复技术,它正在逐步取代运行成本高昂的抽出一处理(P)技术,成为地下水修复技术发展的新方向.目前在欧美已进行了大量的工程及试验研究,已开始商业化应用,并逐步取代运行成本高昂的抽出处理技术,成为目前地下水修复技术最重要的发展方向之一.1PRB的基本概念从广义上来讲,PRB是一种在原位对污染的羽状体进行拦截,阻断和补救的污染处理技术.它将特定反应介质安装在地面以下.通过生物或非生物作用将其中的污染物转化为环境可接受的形式,但不破坏地下水流动性和改变地下水的水文地质.可渗透反应墙如图1所示.一>地下水流向图1可渗透反应墙示意图PRB主要由透水的反应介质组成.通常置于地下水污染羽状体的下游.与地下水流相垂直.污染物去除机理包括生物和非生物两种.污染地下水在自身水力梯度作用下通过PRB时.产生沉淀,吸附,氧化还原和生物降解反应,使水中污染物能够得以去除,在PRB下游流出处理后的净化水.它要求捕捉污染羽状体的污染物的走向.即把可渗透反应墙安装在含有此污染物羽状体地下水走向的下游地带含水层.从而使污染物顺利进入可渗透反应墙装置与反应材料进行有效接触,使其污染物能转化为环境可接受的另一种形式.实现使污染物浓度达到环境标准的目标=3.此法可去除地下水溶解的有机物,金属,放射性物质及其他的污染物质.2PRB的结构类型及安装要素2.1PRB的结构类型目前应用的可渗透反应墙构造类型如图2所示:事实上.PRB一般有两种基本结构类型:2.I.1连续墙式的结构用于地下水污染的羽状体较小时.墙体垂直于污染羽状,:-_啼污染物一,(I)隔水漏斗导水门式PRB地下水反应介质l:hIl,l物修复lIl_I4l(2)连续墙式PRB修复过的地下修复过的地下水.0注入式反应i地下水向,0下流向污染羽状体地下水流向(3)注入井的简易构造水水位向(4)被动收集反应器图2可渗透反应墙构造类型体的迁移途径.横切整个羽状体的宽度和深度,要求潜水埋藏浅,污染羽状流规模较小.其优点是对天然地下水流场的干扰性小.易于设计.2.1.2隔水漏一导水门式结构当污染羽状流很宽或延伸很深时,采用连续反应墙式系统会造成大量的资金消耗或技术实施困难,此时可用漏斗一导水式结构.该系统由不透水的截水墙(如封闭的片桩)和处理单元(活性材料)组成.而针对要求埋藏浅,污染羽状流规模大.其优点是地下水通过比较窄的渗透反应门,反应材料装填量减少,节省安装费用;缺点是干扰了天然地下水的流场.根据要修复的地下水的实际情况,漏斗一导水式系统可以分为单处理和多处理单元系统.对于多处理单元系统,又有串联和并联之分.当污染组分比较复杂时则可采用串联的多处理单元系统.对不同的污染组分.串联系统中每个处理单元可填充不同的反应材料.而对于被修复的污染羽状流很宽时,应采用并联的多处理单元系统.无论上述那一种类型,关键是要找到合适的去污材料,因去污材料必须做到去污达标,不产生二次污染,处理成本低廉,否则就不可能大量被推广和投入商业运作.对于具体采用何种结构取决于施工现场的水文地质条件和污染羽状流的规模.2.2PRB的安装要素可渗透反应墙的修复效果受到地下水流向,污染物类型,地下水流速及其他水文地质条件等因素的影响,因此安装施工设计时应注意以下几个方面:(1)PRB嵌进隔水层或弱透水层中,以防止地下水通过2010年第4期熊雪萍,李福林,陈学群:地下水污染修复中的PRB技术研究?53?工程墙底部运移(2)墙体装置能大部分或完全捕获地下水的污染羽状体(3)根据地下水中污染物的类型,通过室内试验,选择合适的反应材料和墙体厚度,确保地下水在反应材料中有足够的水力停留时间,确保修复效果.(4)PRB的渗透系数应该大于含水层的渗透系数.保证墙体的安装不会影响现场的水文条件.(5)在墙体装置的下游地带布设检测装置(如监测井),了解污染物的去除情况,对PRB反应材料进行监控.3PI的反应材料及修复机理3.1PRB的反应材料活性材料的选择是PRB技术的重点,根据要去除地下水污染物的类型,通过室内试验选择最佳的反应材料.它需要满足以下几个条件:(1)反应的预知性.反应材料与要处理的污染物的之间的反应是预知的,且不会产生二次污染,即不会产生有毒害或存在有较大潜在危险的副产物.(2)当含有污染物羽状体的地下水通过墙体装置时,污染物与反应材料应通过吸附,生物或化学作用后.大部分或全部应该转化为环境可接受的另一种或几种形式,从而实现要去除的污染物浓度达到环境规范的要求.(3)反应材料的填充不影响其安装区域的渗透性等水文地质条件.(4)反应材料在地下水环境条件下,水力均匀,抗腐蚀性能好,活性保持时间长8-93.(5)变形小.(6)粒度均匀,易于施工安装.(7)反应材料来源广泛,价格低廉.总之,对反应材料的总体要求要达到有效,经济和安全.图3总结列举了PRB最常用的材料和各自所占的比例l0.其中以零价铁为可渗透反应墙反应材料处理地下水污染物的应用最为普遍,达到了45%.5045403530252Ol51O50白白.二三三二三团3.2PRB的修复机理3.2.1物理作用通过反应材料的高吸附性,去除地下水中的污染组分,常用的活性材料有活性炭,泥煤,氧化物和沸石类.3.2.2化学作用通过改变地下环境的一些条件和反应材料的溶解.使地下水中的污染组份发生化学反应,产生沉淀,气体或生成其他的形式,从而达到去除的目的.3.2.3生物作用通过反应材料作为微生物电子受体,并供其生长繁殖所需的能量和营养元素,增强地下水中的微生物的代谢活动,从而加速地下水污染组份的降解速率1.4结语通过分析认为,PRB在地下水污染修复方面具有很好的发展前景.它不需泵抽和地面处理系统,且反应介质消耗很慢,运行费用低,处理周期长.尽管PRB技术在地下水修复中已得到了广泛的研究和应用,但技术本身还是面临一些缺陷和问题,如去污机理尚未清晰,反应材料的阻塞,失活或者地下水二次污染等不良影响,另外因受到地下水流和开沟槽的深度限制,目前该技术多用于有地下水流的饱和污染层的修复,还需要进一步研究可同时去除多种并存污染组分的技术m.总体来说,面临我国地下水污染日趋严重的趋势,深入研究此方法进行地下水的污染控制,PRB技术是可行的,并对我国的经济发展也起到至关重要的作用.参考文献:1张永波,时红,王玉和.地下水环境保护与污染控制M.北京:中国环境科学出版社,2003.2周启星,林海芳.污染土壤及地下水修复的PRB技术及展望J.环境污染治理技术与设备,2001,10(2):4853.3InnovativetechnologyGroup:PermeableReactiveBarriers.CRA,VoI.,No2,M,1999.4USEPA.PermeableReactiveBarrierTechnologiesforContaminantRemediation.EPA/600/R一98/125September,1998.5RitterK,OdziemkowskiM.S.,Gillham1LAninsitustudyoftheroleofsurfacefilmsongranularironinthepermeableironwalltechnologyJ.JournalofContaminantHydrology,2002,55(1-2):87111.6FieldApplicationsofInSituRemediationTechnologies:PermeableReactiveBarriersA.EPA,Washington,DC20460,2002.7Vogan,J.L.Theuseofemplaceddenitrifyinglayerspromotenitrateremovalfromsepticeffluent.M.Sc.Thesis.Dept.ofEarthScience,UniversityofWaterloo,1993.8VogelM.Novelcatalysesforreactivebarriers.NATO/CCMSpilotstudy1998.SpecialSession,TreatmentWallsandPermeableReactiveBarriers,U.S.EPA.RepoaNo.:542一R-98-003,1998,(229):48-55.9SivavecT.M,MackenzieP.D,HomeyD.P,BaghelS.RedoxSctivemediaforpermeablereactivebarrierCo