地下水污染修復(fù)的可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)設(shè)計

摘要：地下水污染防治是我國水體污染控制的重要任務(wù)之一，為此應(yīng)用可滲透反應(yīng)墻技術(shù)，設(shè)計了一套可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，可有效去除地下水中的重金屬和有機物等，具有造價便宜、穩(wěn)定性高、可處理污水量大等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：地下水;污染修復(fù);可滲透反應(yīng)墻

0 引言

如今我國地下水污染問題嚴重，全國超過200個城市的地下水被檢測為較差、極差水質(zhì)的比例超過59.6%，這主要是由城市垃圾填埋、工業(yè)“三廢”排放不達標、農(nóng)業(yè)施肥及農(nóng)藥噴灑過量等原因造成，使得地下水中的有害細菌、重金屬等聚集，地下水中甚至含有氰化物等有毒物質(zhì)。地下水污染給人們的日常生活飲用、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成了極大影響，往往需要投入大量的人力、物力修復(fù)被污染的地下水。

針對地下水污染治理問題，已有相關(guān)學者進行了研究，如茹佳歡提出了健全地下水環(huán)境保護的法律法規(guī)，確定合理的地下水使用價格，加強地下水監(jiān)測等措施。目前地下水污染修復(fù)技術(shù)主要包括抽出處理技術(shù)、化學氧化/還原技術(shù)、生物技術(shù)、曝氣技術(shù)、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)、監(jiān)測自然衰減技術(shù)、雙/多相抽提技術(shù)等。其中，抽出、抽提技術(shù)等需要利用水泵等設(shè)備將地下水抽取出來再進行處理，消耗能源大，控制成本高，其余化學、生物等相關(guān)技術(shù)則需要往地下水中加入化學物質(zhì)或生物菌落進行處理，可能會造成二次污染。而可滲透反應(yīng)墻技術(shù)是將特定反應(yīng)介質(zhì)安裝在地面以下的污染處理系統(tǒng)中，可阻斷污染帶，將其中的污染物轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的形式，但不破壞地下水的流動性，是目前一種新型的地下水修復(fù)處理技術(shù)。

1 可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)原理

目前，可滲透反應(yīng)墻最常見的結(jié)構(gòu)為連續(xù)反應(yīng)墻式結(jié)構(gòu)。連續(xù)反應(yīng)墻式結(jié)構(gòu)多采用單層的反應(yīng)介質(zhì)層，其原理是在地下水區(qū)域安裝一堵墻體，墻體中間用含有化學、生物降解等物質(zhì)的填充物填充完整，所選擇安裝的地下水區(qū)域需有一定的流動或滲透能力，當?shù)叵滤诹鲃踊驖B透過程中，經(jīng)過可滲透反應(yīng)墻體后，墻體中的物質(zhì)對地下水產(chǎn)生降解、沉積和吸附等作用，將被污染的地下水轉(zhuǎn)化為可接受的水質(zhì)。

可滲透反應(yīng)墻在設(shè)計安裝過程中，針對污染現(xiàn)場地下水的情況確定反應(yīng)墻結(jié)構(gòu)類型，主要有連續(xù)反應(yīng)帶系統(tǒng)、漏斗-導門式反應(yīng)系統(tǒng)、注入式反應(yīng)系統(tǒng)和反應(yīng)單元被動收集系統(tǒng)等。本文所介紹的連續(xù)可滲透反應(yīng)墻屬于連續(xù)反應(yīng)帶系統(tǒng)，具有設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、安裝施工方便、造價成本低等優(yōu)點，如圖1所示。

具體來說，可滲透反應(yīng)墻中含有可降解各種污染物的氧化還原劑、螯合劑、絡(luò)合劑、吸附劑、沉淀劑或微生物，當污染物隨水流通過預(yù)先設(shè)置好的可滲透反應(yīng)墻時，各種污染物可以被還原、吸附、沉淀或生物降解。大量研究證實，可滲透反應(yīng)墻技術(shù)可以除去地下水中共存的重金屬和有機物（如苯、乙苯、二甲苯和多氯聯(lián)苯），根據(jù)可滲透介質(zhì)材料控制地下水中的污染物去除種類和效果。

2 可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)設(shè)計

連續(xù)可滲透反應(yīng)墻依勢而建，沿地下水流向設(shè)置有反應(yīng)介質(zhì)層和過濾層，反應(yīng)介質(zhì)層用于修復(fù)，過濾層用于過濾生物物質(zhì)等，反應(yīng)介質(zhì)一般置于過濾層之間。為了能固定反應(yīng)介質(zhì)層，或考慮從結(jié)構(gòu)上便于更換，一般用支撐框架限制介質(zhì)層。地下水在自身壓差與水力梯度下穿過連續(xù)的可滲透反應(yīng)墻，完成地下水修復(fù)工作，可以降低建造成本。

本文介紹的用于地下水修復(fù)的可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，沿地下水流向設(shè)置有兩道反應(yīng)介質(zhì)層和兩道過濾層，兩道反應(yīng)介質(zhì)層設(shè)置于兩道過濾層之間，反應(yīng)介質(zhì)層包括向上相互疊加的U型支撐框架以及填充于U型支撐框架內(nèi)的反應(yīng)介質(zhì)，兩道反應(yīng)介質(zhì)層之間設(shè)置有緩沖層，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本文介紹的可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，沿地下水流向設(shè)置有兩道反應(yīng)介質(zhì)層、兩道過濾層和兩道監(jiān)測井。兩道反應(yīng)介質(zhì)層設(shè)置于兩道過濾層之間;反應(yīng)介質(zhì)層和過濾層均設(shè)置于兩道監(jiān)測井之間;反應(yīng)介質(zhì)層包括向上相互疊加的U型支撐框架以及填充于U型支撐框架內(nèi)的反應(yīng)介質(zhì)，兩道反應(yīng)介質(zhì)層之間設(shè)置有緩沖層。其中，監(jiān)測井和反應(yīng)介質(zhì)層頂部均設(shè)置有封蓋，封蓋露出于地表，監(jiān)測井一前一后，對地下水修復(fù)前后狀態(tài)進行監(jiān)測;封蓋可根據(jù)需要打開，對監(jiān)測井進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的提取，或?qū)Ψ磻?yīng)介質(zhì)的狀態(tài)進行觀測。介質(zhì)層、緩沖層、過濾層、監(jiān)測井均架設(shè)于水平設(shè)置的隔水層之上，隔水層防止地下水流進一步向其他區(qū)域滲透，使其集中從可滲透反應(yīng)墻流過，確保修復(fù)效果。

從結(jié)構(gòu)上來看，本系統(tǒng)設(shè)計通過架設(shè)兩道反應(yīng)介質(zhì)層，并在反應(yīng)介質(zhì)層之間架設(shè)緩沖層，能夠更大量地處理受污染的地下水，且反應(yīng)介質(zhì)層的框架采用累加的U型支撐框架，穩(wěn)定性高，可裝填量大，具有綜合處理效率高、可處理污水量大等優(yōu)點。

3 可滲透反應(yīng)墻修復(fù)機理

可滲透反應(yīng)墻的實施核心是過濾層與反應(yīng)介質(zhì)層中修復(fù)機理的設(shè)定。修復(fù)機理的選擇需根據(jù)地下水污染情況決定，主要的修復(fù)機理有以下幾種：

3.1 ? ?ZVI填料修復(fù)機理

該修復(fù)機理主要用于含氯有機物的脫氯以產(chǎn)生無毒物質(zhì)、重金屬離子的去除以及含氧酸根離子的還原去除等，該修復(fù)機理主要通過化學反應(yīng)實現(xiàn)。當反應(yīng)介質(zhì)中添加的ZVI填料消耗完后，其修復(fù)效果也會喪失，因此需要及時監(jiān)測和更換填料。

3.2 ? ?礦物質(zhì)修復(fù)機理

礦物質(zhì)的主要功能是通過礦物相的溶解和沉積來固定污染物，起到吸附作用，最常用的礦物質(zhì)有硅酸鹽、黏土、磷石灰及沸石等，其中磷石灰與沸石主要用于處理重金屬物質(zhì)，如鉛、鎘等。因此，該修復(fù)機理一般使用于因工業(yè)廢水造成的地下水重金屬污染區(qū)域。

3.3 ? ?其他修復(fù)機理

除以上主要物質(zhì)外，活性炭、微生物菌劑也常被用作修復(fù)機理進行填充?；钚蕴烤哂泻芎玫奈侥芰?，分子狀態(tài)穩(wěn)定，不溶于水和有機溶劑，成本低。微生物菌劑利用微生物的特性實現(xiàn)修復(fù)作用，但同時也容易受到水質(zhì)溫度、pH值等的影響。

總之，在可滲透反應(yīng)墻的實施過程中，要根據(jù)當?shù)氐叵滤膶嶋H情況選用不同的修復(fù)機理，并需實時監(jiān)測修復(fù)的效果。本文所述過濾層為活性炭層或多孔陶瓷過濾板，主要起到吸附作用;緩沖層選用石灰石層，起到固定和降低地下水流動速度的作用;反應(yīng)介質(zhì)層為以磷石灰石為填充材料的混合硫酸鹽還原菌層，以修復(fù)污染物較為復(fù)雜的地下水。

4 存在問題及進一步改進計劃

可滲透反應(yīng)墻有著良好的發(fā)展前景，但同時也存在一定的不足。首先，反應(yīng)介質(zhì)使用一段時間后，內(nèi)部集聚的重金屬、生物活性物質(zhì)等越來越多，化學、生物反應(yīng)物質(zhì)逐漸減少，其凈化作用逐漸降低，導致整個系統(tǒng)失效，有時也會由于物質(zhì)集聚太多而堵塞，需要定期更換反應(yīng)物質(zhì)，因此對反應(yīng)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的要求;其次，反應(yīng)介質(zhì)是一次設(shè)定和添加的，當?shù)叵滤廴驹醋儎踊蛘呶廴境煞肿儎雍?，提升了目標污染物凈化去除的不確定性，因此在實時監(jiān)控的同時，應(yīng)及時變更反應(yīng)介質(zhì)中的物質(zhì);再次，可滲透反應(yīng)墻的設(shè)計安裝因地而異，需要根據(jù)施工地質(zhì)環(huán)境、地下水深度、污染物特點等因素綜合考慮，因此需要掌握充分的監(jiān)測數(shù)據(jù);最后，該系統(tǒng)運用于較高濃度污染的地下水處理時，處理效果較差，限制了其推廣使用。

總之，可滲透反應(yīng)墻的應(yīng)用需要根據(jù)需求做出充分判斷，本設(shè)計將進一步優(yōu)化反應(yīng)介質(zhì)的更換方式，提升反應(yīng)墻的應(yīng)用靈活性，延長其使用壽命。

5 結(jié)語

本文設(shè)計的用于地下水污染修復(fù)的可滲透反應(yīng)墻，可廣泛適用于受重金屬污染、有機物污染等的地下水區(qū)域，其具有以下優(yōu)勢：

（1）反應(yīng)介質(zhì)通過累加的U型支撐框架固定，可裝填量大，便于反應(yīng)介質(zhì)的更換和實時調(diào)整;

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可根據(jù)實際場地調(diào)整尺寸大小，或按地下水處理量設(shè)置反應(yīng)介質(zhì)，靈活性強;

（3）該可滲透反應(yīng)墻具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、穩(wěn)定性高、可處理污水量大等優(yōu)點。

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收稿日期：2020-05-06

作者簡介：梁峻銘（1990—），男，廣西南寧人，助理工程師，研究方向：環(huán)境治理與監(jiān)察。