水环境砷污染是世界上许多国家面临的重要环境和社会问题之一,高砷地下水及其导致的地方性砷中毒已对人类的生命健康造成了巨大威胁。渗透反应墙技术（Permeable Reactive Barrier,PRB）是一种可代替传统抽出—处理系统的地下原位修复技术,具有效率高、耗能低、时效长、运行维护费用低等经济技术优势,得到了广泛的认可。本文针对地下水砷污染现状,采用天然锰矿、化学改性锰矿、微生物改性锰矿进行除砷性能研究,考察了pH、温度、共存离子等因素对除砷效果的影响;探讨了锰矿对砷的吸附机理;对PRB工程项目进行选址、水文地质研究、设计反应区和施工,并评价其生态安全性。得到的主要研究结果如下:1.考察了9种天然锰矿的除砷性能,探究了pH、光照条件、共存离子等因素对锰矿除砷的影响。结果表明,取自湖南郴州的天然锰矿的除砷效果最好。酸性条件下锰矿对砷的去除效果明显优于碱性条件;光照条件对锰矿除砷的影响较小;Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺对锰矿除砷有一定的促进作用;而阴离子CO₃^2-、HCO₃^-、HPO₄^2-、SiO₃^2-对除砷有负影响,且多种阴离子的综合影响大于单一离子的影响。2.通过对锰矿进行草酸改性、铁改性、铝改性和钛改性,发现铁改性锰矿的除砷效果最好,草酸改性锰矿的除砷效果最差,三氯化铁改性锰矿的最佳浓度为20g/L,对铁改性锰矿除砷的影响因素研究表明,pH产生的影响最大,最佳pH条件为3.0。3.使用铁氧化菌改性锰矿能有效提高锰矿的除砷能力,研究表明,中性pH条件下改性锰矿对砷的去除效果最好,随温度的提高吸附量略有升高,但提升幅度不大,Ca²⁺、Mg²⁺对砷的去除有正影响,Ca²⁺的影响较大,而共存阴离子则对除砷有抑制作用,其作用强度为SO₄^2-<HCO₃^-<HPO₃^2-<SiO₃^2-。4.锐钛矿、金红石与锰矿混配除砷研究结果显示,锰矿—锐钛矿混配对砷的去除效果优于锰矿—金红石混配,锰矿—锐钛矿的最佳混配条件为锐钛矿添加量占比5%,对As（III）及As（V）的去除率分别较纯锰矿提升了9.78%和8.24%。5.对PRB项目所在区域（湖南郴州市苏仙区）的地理位置、水文地质等进行了研究,分析了项目实施的可行性。综合考虑材料的经济因素及除砷效果,采用以下四种材料作为PRB反应介质:天然锰矿（湖南郴州）;瓜米石负载颗粒（80%瓜米石、20%锰矿、外加总量20%的水泥）;锰矿造粒（天然锰矿、外加总量5%的水泥和5%活性碳）;锰矿—金红石混配材料（金红石添加比例5%）。PRB结构类型为连续反应墙（四座）,墙体厚度0.2 m,宽度0.5 m,长度1.1 m,深度0.8 m。反应区水速0.5-0.8 m/d。监测结果表明,含砷地下水经过反应墙后,砷含量明显降低,出水均低于10μg/L。饱和吸附的PRB负载锰矿浸出砷浓度为0.404μg/L,用FeCl₃·6H₂O和水泥固化后的含砷废渣浸出砷浓度为1μg/L,均低于国家标准。6.对天然锰矿的吸附等温线及吸附动力学研究结果表明,天然锰矿对As（III）及As（V）的吸附更符合Freundlich吸附等温线模型以及Lagergren二级动力学模型,表明锰矿对砷的吸附以化学吸附为主。7.采用XRF、XRD、FTIR、SEM以及化学分析手段对锰矿进行表征,分析锰矿除砷机理主要包括:（1）锰矿中的MnO₂及三价铁可与溶液中的砷发生化学反应,产生共沉淀而去除;（2）物理吸附,天然锰矿表面疏松多孔,具有较大的比表面积,可提供较多的吸附点位;（3）锰矿有丰富的表面羟基,可与砷离子结合,羟基铁的存在进一步增强了锰矿的除砷效果。