渗透反应墙修复污染地下水失败的原因是什么？

全国地下水污染防治试点中，PRB将是重点技术之一。掌握其可能的失败原因，将有助于提高试点的效果。

随着PRBs的早期成功，其使用变得愈加广泛，已经被用来处理有机物、重金属、放射性核素和营养物质（RTDF, 2001年）。截至2002年，近50%PRBs处理有机污染物，近20%处理金属（EPA, 2002年）。反应介质可能包括零价铁、铸铁、钢棉、非晶态氧化铁、磷酸盐、沸石、活性炭或石灰石等（Scherer et al.，2000）。然而，截至2004年，在全球超过200个PRBs中，有120个是基于铁的（ITRC, 2005）。

PRBs传统上是通过开挖和用活性介质回填来安装的（Gavaskar,1999），典型的尺寸是2 - 50米长（横向于流动），小于1到5米宽（平行于流动），小于1到10米深（RTDF, 2001）。尽管安装了很多，PRBs仍然被认为是一种实验技术（Warner and Sorel, 2003），也许是因为它们的长期性能还没有被很好地理解。

为了确定影响场地PRB寿命的因素，对PRBs的运行数据进行了汇编和分析。虽然有超过200个PRBs在运行，但只有大约40个有足够的运行条件和性能问题的公开资料。利用这个有限的数据库，得出了3种PRBs可能的失效模式：反应性损失、不利水力变化和设计缺陷。每个类可以被细分，如下图所示。虽然文献的重点一直放在反应性和不良水力变化，设计缺陷却是PRB失败的最常见原因（Warner and Sorel, 2003），并且仍然是成功实施PRBs的一个主要挑战（ESTCP, 2003），其他模式导致原位PRBs的失效似乎是罕见的。报告过不是仅仅由于设计缺陷的运行故障（例如，水力特性调查不充分）的原位PRBs是在Monticello（UT）、哥本哈根货场（丹麦）和Haardkrom（丹麦）。Monticello场地经历了3个数量级的水力渗透系数损失（Mushovic et al.，2006）。哥本哈根货场报告说，由于氢氧化物和碳酸盐的沉淀，场地失去了渗透性，并且由于水力特性调查的问题，使得没有完全捕获污染羽（Kiilerich et al., 2000; RTDF, 2001）。然而，Haardkrom场地的问题是由于“铁-铬酸盐去除能力的耗尽”，但没有给出更具体的细节（Kjeldsen and Fulgsang, 2000）。

另一方面，异位PRBs往往会堵塞和有规律的失败：每个安装了异位反应单元的场地都经历了堵塞和至少一个单元的失败，包括Hill AFB（UT），Portsmouth（Piketon，OR），UMTRA（Durango, CO）, Y-12 Pathway 1（Oak Ridge, TN）等场地（Shoemaker et al ., 1995; Liang et al., 1997; Ott, 2000; Morrison etal.，2002b）。然而，Rocky Flats 场地（Golden, CO）的异位PRB是一个例外，在那里，反应介质上形成的壳被周期性地破碎（Korte, 2001; RTDF, 2001）。

 图.  导致PRBs失败的问题（McCormick, 1981）

沉淀也可能通过减少水力停留时间而导致PRB失效，从而使得处理效果降低（Sass et al.，1998）。在某些情况下，水力短路可能发生，因为在一些柱研究中出现了优先流动路径，（Kamolpornwijit et al., 2003; Su and Puls, 2003），并且在场地上也存在一些证据（Liang et al.， 2003）。然而，性能的变化还没有归因于停留时间的减少。有些场地没有达到处理目标（如Borden，Ontario），有时还会发生不完全降解（如CSM，Australia），但这些问题是设计缺陷（即在安装时就存在），而不是孔隙率减少造成的。

不利的水力变化也可能是由气体产生或生物量积累引起的。可能产生氢气，也可以产生其他气体；例如，哥本哈根货场（丹麦）的原位PRB （Kiilerich et al.，2000）和UMTRA场地（Durango CO）的异位反应单元C （Morrison et al.，2002c）都报道了甲烷，推测可能来自产甲烷细菌的活动。异位PRBs和实验室研究是封闭系统，经常报告由于气体产生而堵塞，比如Portsmouth（OR）和UMTRA（Durango，CO）（Korte et al., 1997a; Mackenzie et al., 1999; Morrison et al., 2002b）。然而，没有一个场地PRBs报告由于气体产生而导致孔隙度降低，这表明任何产生的气体都能够迁移出墙体。同样，在一些实验室研究中也观察到了与生物有关的水力变化（Taylor et al., 1990; Vandevivere and Baveye,1992），但这在场地上似乎不是问题。微生物增长是最低限度的，如在Intersil （Sunnyvale，CA）, Moffett Field（Mountain View），Industrial Site（NY）, Lowry AFB（CO）和Somersworth （NH）（Gu et al ., 1999）。尽管在USCG（Elizaberth, NC）和Denver Federal Center（CO）的生物增长被观测到，但它不影响性能，也许是因为生物淤积不太可能发生在高pH值和低氧化还原电位值，而这些数值常在零价铁PRBs出来（Liang et al., 2000）。

（节选并编译于Long-Term Performance of Zero-Valent Iron Permeable Reactive Barriers: A Critical Review，Andrew D. Henderson and Avery H. Demond）。