矿山尾矿造成的地下水污染一直是世界环境污染的重大问题之一,而矿山地下水污染的治理和修复是现今场地污染修复领域的热点和难题。渗透反应墙(PemeableReactive Barrier,PRB)技术是一种新兴高效的地下水污染原位修复技术,目前已被国内外广泛应用于污染地下水的修复。本文以湖南某铅锌矿尾矿库污染地下水为研究对象,系统地研究了污染地下水的原位PRB技术。主要内容包括前期场地踏勘,污染状况调查和分析,健康风险评估,PRB材料的筛选和材料混配,材料吸附的影响因素及机理,模拟PRB柱中试实验及现场PRB的结构和参数的设计和实施。获得的主要结论如下：(1)对湖南娄底双峰煤矸石填埋场、郴州谭凹岭钨矿尾矿库及湖南某铅锌矿区的土壤和水体进行了调查和风险评估。结果表明,四个矿区都存在不同程度的污染：云南文山砒霜厂区的土壤、地下水、地表水和植物中砷的含量都超过相应的国家标准；郴州钨矿场地(郴州谭凹岭、黄家洞)的地下水样砷含量超过国家标准,其他重金属含量未超过标准,但流出的废水具有强碱性；娄底双峰煤矸石填埋场区的地下水和土壤中镉、砷、锌超过标准；湖南某铅锌矿区的土壤、地表水、地下水中砷、铅、锌和镉含量存在不同情况地超标。湖南某铅锌矿区的土壤、地表水、地下水进行风险评估,结果表明,存在严重的非致癌和致癌风险,不适合耕作及作为饮用水源。(2)针对实验区土壤和地下水重金属污染的种类和浓度,采用批处理实验,研究了不同材料去除重金属的能力,以期筛选获得最佳的PRB材料。实验结果表明,铅去除率超过90%的材料有6个：铁锰矿(已有),粉煤灰(石家庄),钢渣,化工活性炭,海绵铁,针铁；锌去除率超过90%的材料有8个：铁锰矿(已有),粉煤灰(石家庄),钢渣,椰壳活性炭,二次还原铁,化工铁粉,膨润土,赤泥；砷(III)去除率超过90%的材料有4个：钢渣,针铁,化工铁粉,铁锰矿(高铁)；Cd去除材料筛选结果显示,有13种材料对镉的去除比较好。综合各种材料的筛选结果表明,铁锰矿和钢渣是地下水Cd、Pb、Zn和As复合污染修复的最佳材料。(3)研究了钢渣去除不同重金属的条件和影响因子。结果表明,钢渣吸附砷的最适宜pH为7.0,吸附铅和镉的最适宜pH为3.0～7.0,吸附锌的最适宜pH为7.0。钢渣吸附锌不受温度影响,但不同温度对吸附铅、镉和砷的影响不同。钢渣去除镉在4反应时间为16hr时,达到平衡；钢渣除锌、砷在反应时间为12hr时,达到平衡。(4)研究了钢渣吸附几种重金属的等温吸附和解吸过程。结果表明,Langmuir和Freundlich方程可以很好的拟合钢渣对铅、锌、镉和砷等四种重金属的等温吸附曲线。用Langmuir等温吸附方程计算的四种重金属的吸附容量分别为894.04 mg/g, 454.07 mg/g,2424.897 mg/g 和 63.23 mg/g。三种吸附剂对铅、锌、镉的解吸率都小于1%,表明钢渣吸附这三种重金属的解吸率很低,不适合重复使用；NaOH对砷的解吸最好,解吸率达35%,其他解吸剂效果不好。(5)研究了钢渣吸附几种重金属的吸附动力学。结果表明,可用Pseudo-second-order二级动力学方程很好的拟合,相关性系数均达到0.97以上。拟合的结果说明,钢渣对几种重金属的吸收速率非常高,适合地下水重金属的快速去除。(6)研究了溶液中共存离子对钢渣去除重金属的影响。结果表明,溶液中的Ca2+、NO3-、SO42-、SiO32-、H2PO4等共存离子对钢渣去除铅、镉没有影响；C矛+浓度对钢渣去除锌几乎没有明显影响,SiO32-、H2PO4-会抑制钢渣去除锌的能力。随着Ca2+浓度增加,对钢渣去除砷(Ⅲ)的促进作用在降低；H2PO4-、NO3-对钢渣去除砷(Ⅲ)有促进作用；Si032-随浓度变化对钢渣去除砷(Ⅲ)先促进后抑制；S042-离子浓度在高浓度时,会抑制钢渣的去除能力。(7)采用XRD技术分析了钢渣吸附几种重金属前后的X-射线衍射图谱。结果发现,钢渣吸附锌、镉、铅和砷后形成许多新的衍射峰,由此推断钢渣成分与重金属形成了新的晶体化合物,经鉴定对应的化合物为:Zn5(OH)8Cl2·H2O, CdCl2·H2O, Cd (OH) Cl, Fe2As4O12, Pb2SiO3·xH2O。同时,说明吸附过程属于表面吸附,Pb、Zn、Cd、As与材料表面发生了氧化还原、络合等反应。(8)进行了实验室模拟PRB中试穿透试验,以探讨材料去除重金属的动态吸附结果,为设计PRB参数和野外实施PRB技术提供依据。结果显示,模拟的污染废水浓度为Pb为1.0mg/L, Zn为40mg/L, Cd为1.0mg/L, pH为场地近似值6.0,模拟流速为0.169ml/min,采用20～40目转炉渣(不含活性炭)106.32g,其污水处理量为24.34L,相当于每kg20～40目转炉渣处理水量为228L,出液的pH之前为碱性,运行一段时间后可以保证出液为中性。