可渗透反应墙(permeable reactive barrier，PRB)是近年来新兴的用于原位去除地下水及土壤中污染组分的方法。美国环保署(USEPA)1998年发行的《污染物修复的PRB技术》手册将PRB定义为：在地下安置活性材料墙体以便拦截污染羽状体，使污染羽状体通过反应介质后，其污染物能转化为环境接受的另一种形式，从而实现使污染物浓度达到环境标准的目标。

PRB技术就是在被污染的地下水流动方向建一个选择性的透过“屏障”，使得地下水在通过这个“屏障”时，水中的污染物被反应墙内的填充介质吸附、氧化还原或者降解。PRB示意图如图1所示。

污染物去除机理包括物理、化学和生物三种：

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。

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分发生化学反应，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分的降解速率。

根据填充物质与污染物的反应机理可分为以下几种反应墙：

墙中使用的反应介质为沉淀剂，它可使地下水中的有关污染因子产生沉淀。这种沉淀剂应是无毒的，且其溶解度应高于所形成的沉淀物的溶解度。常见的反应介质为碳酸钙和羟基磷酸盐等，可使水中的微量金属产生沉淀。反应方程式如下所示：

墙中使用的反应介质为还原剂，其本身被氧化，可使一些污染因子参与氧化还原反应，从而达到污染因子被沉淀(固化)或者气化的目的。或者说墙中使用的反应介质为沉淀剂，它们可使一些无机污染物还原为低价态的，并产生沉淀。常见的反应介质为：Fe⁰、Fe²⁺ 和双金属等。反应方程式如下所示：

墙中使用的介质为吸附剂。吸附无机成分的吸附介质包括沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、铝硅酸盐等。地下水中有机污染物主要吸附在有机碳上，因此增加反应介质中的有机碳含量可有效去除水中有机污染物。吸附反应墙主要缺点是吸附介质的容量是有限的，一旦介质吸附容量饱和，污染物就会穿透PRB。因此，使用这类反应墙时，必须确保有清除和更换这种吸附介质的有效方法，如果不能很好解决的话，费用较高。

目前，墙中的反应介质有2种，一种是含释氧化合物(ORC)的混凝土颗粒，其形态为固态的过氧化合物，如MgO₂、CaO₂ 等，它们向水中释氧，为好氧微生物提供氧源和电子受体，使有机污染物产生好氧生物降解。另一种是含NO 的混凝土颗粒，它们向水中释放NO₃-N电子受体，使有机化合物在反硝化条件下产生厌氧(缺氧)生物降解。微生物与硝酸盐、硫酸盐的化学反应如下 ：

工艺流程

01 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、地下水的化学特性(如pH值、Eh、DO、温度、电导率、Ca²⁺、Mg²⁺、NO₃^-、SO₄^2-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。

02 主要实施过程

对于深度不超过10 m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。

对于深度大于10 m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50 m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。

03 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。

04 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。

05 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。

应用案例