地下水重金属污染问题是一个世界性的环境问题。地下水重金属污染的日益严重,导致许多地区的水质受损,极大地降低了水资源的可利用量。为了满足当今对清洁水资源日益增长的需求,开发有效的地下水污染处理的方法至关重要。重金属铅、镉、铜是重金属中毒性比较典型的重金属元素,重金属在地下水中很难被降解,当生物体和人类接触到这些重金属时,可能对生命健康产生不容忽视的影响。可渗透反应墙(PRB)是目前广泛使用的一种地下水污染修复的原位处理技术。本文将PRB作为一种经济有效的修复手段,用于地下水重金属污染的处理中,旨在开发一种新型PRB反应介质,用于地下重金属污染水的处理。以固体废弃物为原料,制备得到热解花生壳生物炭,对固体废弃物和生物炭的吸附特性进行了探究,确定了可用于PRB的重金属吸附介质。同时,使用固体废弃物作为PRB的吸附材料,在增加废弃物利用率的同时,可以很大程度的降低吸附剂成本。首先选取贝壳粉、木屑、花生壳等固体废弃物作为吸附备选材料,研究其吸附特性;其次通过热解法得到花生壳生物炭,对其吸附特性进行研究;然后借助电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等手段揭示了贝壳粉和花生壳生物炭的吸附机理;最后确定了用于PRB的混合料的配比,并通过土柱和土槽试验对该反应介质的可行性进行室内试验研究。主要研究结果如下:(1)选取固体废弃物木屑、花生壳、贝壳粉作为重金属吸附的备选材料,以重金属铅、镉、铜作为典型的污染离子,通过批次吸附试验发现贝壳粉对重金属铅和镉的吸附效果均优于花生壳和木屑;但是花生壳对重金属铜的吸附效果比贝壳粉和木屑好;贝壳粉和花生壳作为固体废弃物,是经济有效的重金属吸附剂。(2)以花生壳为原材料,通过热解的方法得到不同热解温度下的花生壳生物炭。通过对花生壳生物炭的特征分析,揭示了花生壳生物炭的碳化机理,碳化过程大致分为原生物质、过度碳、无定形碳、复合碳和乱层碳等几个过程;通过热解的方式,花生壳的耐久性和吸附特性均得到提高;花生壳生物炭可以作为PRB介质材料处理地下水重金属污染。(3)通过贝壳粉与花生壳生物炭的物理力学试验研究,确定了贝壳粉与花生壳生物炭以5:1的配合比混合得到的混合料作为PRB材料,吸附性和耐久性良好。考虑到颗粒尺寸对材料渗透性能及吸附特性的影响,选取0.85~1.18mm范围内的贝壳粉作为吸附材料,用于PRB中进行重金属处理。(4)揭示了贝壳粉和花生壳生物炭吸附重金属的机理。贝壳粉对重金属的吸附过程包括孔隙填充、静电吸引、非静电吸引、表面沉淀和离子交换;花生壳生物炭吸附吸附重金属主要包括沉淀、络合、离子交换和物理吸附。(5)通过贝壳粉-花生壳生物炭混合料的土柱动态模拟试验,分析三种重金属溶液在不同条件下的穿透曲线,发现溶液流量、初始溶液浓度、土柱中吸附剂的高度等是影响穿透曲线的重要因素。利用Thomas模型、Adams-Bohart模型和Yoon-Nelson模型对土柱试验结果进行拟合,得到贝壳粉-花生壳生物炭混合料吸附重金属的动态参数。基于Thomas模型的局限性,对其进行修正,得到的修正模型可以很好地预测土柱的穿透曲线。考虑到溶液流量、初始溶液浓度和土柱中吸附剂的高度等因素,得到土柱运行时间的预测公式,并证明了其有效性。(6)选取冠岳山的土对贝壳粉-花生壳生物炭在PRB中的应用进行土槽试验模拟,试验对土的基本物理力学性质和吸附特性进行了研究,验证了贝壳粉-花生壳生物炭在该土污染场地修复重金属的可行性。推导了PRB材料的厚度和寿命的关系式,用以预测贝壳粉-花生壳生物炭混合料在污染场地的长期运行特性,为该PRB介质在实际中的应用奠定基础。土槽试验得到在6个月的运行期内贝壳粉-花生壳生物炭PRB材料运行效果与预期相符,处理效果良好。贝壳粉和花生壳生物炭作为重金属吸附剂,原材料来源广泛,价格低廉,吸附效果良好,将贝壳粉-花生壳生物炭混合料作为PRB介质材料,在PRB中对重金属污染地下水进行修复具有广阔的应用前景。