可渗透性反应墙（permeable reactive barrier, PRB）是一种常见的经济高效的原位地下水修复技术。自1988年至今，欧美发达国家已有大量将PRB用于修复工业污染或石油烃污染等单一类型场地地下水的科学研究。除零价铁已投入工程应用外，采用其他填料或工艺技术的 PRB 研究大多还停留在小试或中试尺度。我国生活垃圾填埋场周边地下水具有显著的复合污染特征，通常含有高浓度化学需氧量（chemical oxygen demand, COD）、NH4+和多种类型重金属。因为地下水中不同类型的污染物相对应的去除机理不同，如氧化COD、吸附NH4+、沉淀重金属等，净化难度很高，所以设计含有不同功能层的PRB极具应用潜力。但是，国内的PRB研究仅处于起步阶段，至今仅建立了8个工业污染和三氮污染场地的中试修复试验，非常缺乏相关的设计、建造、长期监测经验。本文以工程应用为目标，评估了以沸石为核心的混合填料和改性填料的污染物吸附性能，探究了高级氧化-多层PRB净化实际地下水的可行性，并获得了以下研究成果： （1） 沸石主要通过离子交换去除 NH4+和 Zn2+。掺入活性炭可导致沸石表面羟基增加，促进NH4+吸附；也导致Zn2+与OH-结合水化半径增大，扩散吸附被抑制。通常情况下NH4+被沸石优先去除，但是当Zn2+浓度达到临界值时（如500mg/L NH4+工况下为 175mg/L Zn2+），Zn2+被沸石优先去除。活性炭表面优先与高浓度NH4+静电吸引，随后被Zn2+的络合取代；NH4+也会促进活性炭与Zn2+之间的桥连。 （2） 将氧化石墨烯（GO）负载于沸石表面形成复合材料GOZ，利用GO表面丰富的羧基、羟基、环氧基、羰基等官能团，有效的提高了Pb2+和富里酸的吸附量，但对NH4+的吸附量有轻微削减作用。沸石对NH4+和Pb2+的离子交换可能引发骨架局部坍塌，但该过程可被负载的氧化石墨烯改善。分子动力学模拟显示，沸石表面 GO 的最优负载率为 47.0~78.4%，负载率过低时富里酸的吸附被限制，负载率过高时GO本身发生显著形变和团聚。但试验获得的氧化石墨烯在沸石表面的面积负载率仅45%，是限制其有机物吸附性能的关键因素。 （3） 以杭州市天子岭填埋场一期下游地下水为对象，发现H2O2投加量1mL/100mL 时可预氧化47%的COD；串联PRB氧化层后，进一步去除20~30%的COD和30~60%的 Mn2+；最后在沸石吸附层中，10~25%的 COD、50~60%的 NH4+、20~30%的Mn2+被削减。氧化层填料采用生物炭+Fe3O4时净化效果优于单独使用的活性炭或生物炭，且生物炭的成本仅为活性炭的77.5%，性价比高。 （4） 在杭州市天子岭填埋场开展了全国首个该类场地的PRB现场试验，截至2023年 6 月 30 日已运行超过 7 个月，入流 COD 浓度 30~240mg/L，NH4+浓度40~230mg/L，Mn2+/Fe3+浓度lt;10mg/L。现场试验采用的“H2O2预氧化+生物炭/Fe3O4氧化层+沸石吸附层”工艺净化后，出流COD浓度lt;20mg/L，NH4+浓度lt;1.5mg/L，Fe3+、Mn2+去除率均gt;80%。氧化层受H2O2分解产生O2的影响产生气堵，吸附层受微生物生长影响产生生物淤堵，渗透系数下降2~5倍。 （5） 基于本文和所依托课题的主要研究经验和研究成果，系统总结了生活垃圾填埋场地下水复合污染物的多层PRB净化方法。入流PRB的地下水COD浓度不超过500mg/L，NH4+浓度不超过350mg/L，出流净化标准应根据入流浓度高低选择参考去除率或地下水Ⅳ类水质。针对复合污染物 COD、重金属、NH4+，“氧化层→沉淀层→吸附层”的 PRB 功能层顺序组合可合理高效地净化全部污染物，当重金属浓度低种类少时可省略沉淀层通过吸附层去除；当COD浓度为100~500mg/L时，以H2O2为强氧化剂能有效预氧化COD，削减污染负荷。
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