全國地下水污染防治試點中,PRB將是重點技術之一。掌握其可能的失敗原因,將有助于提高試點的效果。
隨著PRBs的早期成功,其使用變得愈加廣泛,已經被用來處理有機物、重金屬、放射性核素和營養物質(RTDF, 2001年)。截至2002年,近50%PRBs處理有機污染物,近20%處理金屬(EPA, 2002年)。反應介質可能包括零價鐵、鑄鐵、鋼棉、非晶態氧化鐵、磷酸鹽、沸石、活性炭或石灰石等(Scherer et al.,2000)。然而,截至2004年,在全球超過200個PRBs中,有120個是基于鐵的(ITRC, 2005)。
PRBs傳統上是通過開挖和用活性介質回填來安裝的(Gavaskar,1999),典型的尺寸是2 - 50米長(橫向于流動),小于1到5米寬(平行于流動),小于1到10米深(RTDF, 2001)。盡管安裝了很多,PRBs仍然被認為是一種實驗技術(Warner and Sorel, 2003),也許是因為它們的長期性能還沒有被很好地理解。
為了確定影響場地PRB壽命的因素,對PRBs的運行數據進行了匯編和分析。雖然有超過200個PRBs在運行,但只有大約40個有足夠的運行條件和性能問題的公開資料。利用這個有限的數據庫,得出了3種PRBs可能的失效模式:反應性損失、不利水力變化和設計缺陷。每個類可以被細分,如下圖所示。雖然文獻的重點一直放在反應性和不良水力變化,設計缺陷卻是PRB失敗的最常見原因(Warner and Sorel, 2003),并且仍然是成功實施PRBs的一個主要挑戰(ESTCP, 2003),其他模式導致原位PRBs的失效似乎是罕見的。報告過不是僅僅由于設計缺陷的運行故障(例如,水力特性調查不充分)的原位PRBs是在Monticello (UT)、哥本哈根貨場(丹麥)和Haardkrom(丹麥)。Monticello場地經歷了3個數量級的水力滲透系數損失(Mushovic et al.,2006)。哥本哈根貨場報告說,由于氫氧化物和碳酸鹽的沉淀,場地失去了滲透性,并且由于水力特性調查的問題,使得沒有完全捕獲污染羽(Kiilerich et al., 2000; RTDF, 2001)。然而,Haardkrom場地的問題是由于“鐵-鉻酸鹽去除能力的耗盡”,但沒有給出更具體的細節(Kjeldsen and Fulgsang, 2000)。
圖. 導致PRBs失敗的問題(McCormick, 1981)
沉淀也可能通過減少水力停留時間而導致PRB失效,從而使得處理效果降低(Sass et al., 1998)。在某些情況下,水力短路可能發生,因為在一些柱研究中出現了優先流動路徑,(Kamolpornwijit et al., 2003; Su and Puls, 2003),并且在場地上也存在一些證據(Liang et al., 2003)。然而,性能的變化還沒有歸因于停留時間的減少。有些場地沒有達到處理目標(如Borden,Ontario),有時還會發生不完全降解(如CSM,Australia),但這些問題是設計缺陷(即在安裝時就存在),而不是孔隙率減少造成的。
不利的水力變化也可能是由氣體產生或生物量積累引起的。可能產生氫氣,也可以產生其他氣體;例如,哥本哈根貨場(丹麥)的原位PRB (Kiilerich et al.,2000)和UMTRA場地(Durango CO)的異位反應單元C (Morrison et al.,2002c)都報道了甲烷,推測可能來自產甲烷細菌的活動。異位PRBs和實驗室研究是封閉系統,經常報告由于氣體產生而堵塞,比如Portsmouth(OR)和UMTRA(Durango,CO)(Korte et al., 1997a; Mackenzie et al., 1999; Morrison et al., 2002b)。然而,沒有一個場地PRBs報告由于氣體產生而導致孔隙度降低,這表明任何產生的氣體都能夠遷移出墻體。同樣,在一些實驗室研究中也觀察到了與生物有關的水力變化(Taylor et al., 1990; Vandevivere and Baveye,1992),但這在場地上似乎不是問題。微生物增長是最低限度的,如在Intersil (Sunnyvale,CA), Moffett Field(Mountain View),Industrial Site(NY), Lowry AFB(CO)和Somersworth (NH)(Gu et al ., 1999)。盡管在USCG(Elizaberth, NC)和Denver Federal Center(CO)的生物增長被觀測到,但它不影響性能,也許是因為生物淤積不太可能發生在高pH值和低氧化還原電位值,而這些數值常在零價鐵PRBs出來(Liang et al., 2000)。
(節選并編譯于Long-Term Performance of Zero-Valent Iron Permeable Reactive Barriers: A Critical Review,Andrew D. Henderson and Avery H. Demond)。