การตรึงสารปนเปื้อนอาจเกิดขึ้นได้จากการดูดซับไปยังวัสดุกั้นหรือการตกตะกอนจากสถานะละลาย สารประกอบอินทรีย์มีแนวโน้มที่จะเกิดการดูดซับเนื่องจากการขับไล่แบบไม่ชอบน้ำจากน้ำโดยรอบ อย่างไรก็ตาม โลหะมีแนวโน้มที่จะดูดซับผ่านแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตหรือปฏิกิริยาเชิงซ้อนบนพื้นผิว การดูดซับและการตกตะกอนอาจย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงอาจต้องกำจัดตัวกลางที่ทำปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ที่รวบรวมไว้เพื่อดำเนินการบำบัดต่อไป^{[ 3 ]}

การเปลี่ยนแปลงเกี่ยวข้องกับการนำสารปนเปื้อนมาเปลี่ยนแปลงให้เป็นรูปแบบที่มีอันตรายน้อยลงหรือไม่เป็นพิษ ประโยชน์หลักประการหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงคือไม่จำเป็นต้องกำจัดตัวกลางปฏิกิริยา (เว้นแต่จะต้องเปลี่ยนตัวกลางปฏิกิริยาเนื่องจากประสิทธิภาพลดลงหรือเกิดการอุดตัน) การเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่มักอยู่ในรูปของ ปฏิกิริยา ออกซิเดชัน- รีดักชันที่ไม่ สามารถย้อนกลับได้ ตัวกลางอาจจัดหาอิเล็กตรอนโดยตรงสำหรับการรีดักชันหรือกระตุ้นจุลินทรีย์เพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน^{[ 3 ]}

เหล็กศูนย์วาเลนซ์เป็นวัสดุแรกที่ใช้ใน PRB สำหรับการบำบัดน้ำใต้ดินและยังคงเป็นวัสดุหลักที่ใช้ในการสร้างกำแพงกั้นเหล่านี้^{[ 3 ]}นอกจากเหล็กทั่วไปแล้วยังสามารถใช้เหล็กนาโน ได้อีกด้วย

บางครั้งจะมีการใส่วัสดุลงไปในดินเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่ช่วยในการบำบัดน้ำใต้ดินมลพิษทางสิ่งแวดล้อมหลายชนิดถูกรีดิวซ์ อย่างมาก ดังนั้นการออกซิเดชันของมลพิษเหล่านี้ให้กลายเป็นสารประกอบที่ไม่เป็นอันตรายจึง เป็นไปได้ ทางอุณหพลศาสตร์มลพิษอื่นๆ เช่น ตัวทำละลายคลอรีน ถูกออกซิไดซ์ อย่างมาก และถูกรีดิวซ์ได้ง่าย จุลินทรีย์มักจะช่วยอำนวยความสะดวก ในปฏิกิริยา ออกซิเดชัน- รีดักชันดังกล่าว โดยใช้การย่อยสลายสารปนเปื้อนเป็นวิธีการในการได้รับพลังงานและวัสดุสำหรับการสังเคราะห์เซลล์^{[ 3 ]}

การย่อย สลายทางชีวภาพแบบออกซิเดชันจำเป็นต้อง ใช้ตัวรับ อิเล็กตรอนที่จุลินทรีย์ใช้ในการ "หายใจ" อิเล็กตรอนที่ถูกกำจัดออกจากสารปนเปื้อนเป้าหมาย การถ่ายโอนอิเล็กตรอน นี้ จะปลดปล่อยพลังงานเพื่อขับเคลื่อนการทำงานของจุลินทรีย์ ภายใต้ สภาวะที่ มีออกซิเจนโมเลกุลออกซิเจนจะถูกใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ เมื่อไม่มีออกซิเจน โมเลกุลอื่นๆ อีกหลายชนิดสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนได้ ออกซิเจนจะถูกนำมาใช้มากกว่าตัวรับอิเล็กตรอน แบบไม่ใช้ ออกซิเจน เนื่องจากการใช้ออกซิเจนให้พลังงานมากกว่า และเป็นผลให้การออกซิเดชันของสารปนเปื้อนเกิดขึ้นเร็วขึ้น น่าเสียดายที่ออกซิเจนที่มีอยู่มักไม่เพียงพอสำหรับสารปนเปื้อนในพื้นที่ที่มีการปนเปื้อนสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ตัวรับอิเล็กตรอนแบบไม่ใช้ออกซิเจน กำแพงปฏิกิริยาที่มีสารประกอบที่ปล่อยออกซิเจนถูกนำมาใช้ประสบความสำเร็จในการกระตุ้น การย่อยสลาย ทางชีวภาพแบบ ใช้ ออกซิเจนของไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโมโน^{[ 3 ]}

ดินเหนียว ซีโอไลต์และวัสดุธรรมชาติอื่นๆ มีความสามารถสูงในการแลกเปลี่ยนแคตไอออน โดยจะเกิดประจุลบสุทธิโดยการแทนที่แคตไอออนที่มีวาเลนซ์ต่ำกว่า (เช่น Al ³⁺ ) ด้วยแคตไอออนที่มีวาเลนซ์สูงกว่า (เช่น Si ⁴⁺ ) ภายในโครงสร้างแร่^{[ 4 ]}การเพิ่ม สารลดแรง ตึงผิวที่ดูดซับไว้ สามารถเปลี่ยนความสัมพันธ์กับแอนไอออนและสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่เป็นขั้วได้^{[ 3 ]}สารลดแรงตึงผิวที่สะสมอยู่ที่พื้นผิวจะสร้างการเคลือบอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำซึ่งส่งเสริมการดูดซับสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่เป็นขั้ว ซีโอไลต์ที่ดัดแปลงด้วยสารลดแรงตึงผิว (SMZs) มีแนวโน้มที่ดีในการบำบัดสารปนเปื้อนอินทรีย์ที่ไม่เป็นขั้ว อย่างไรก็ตามการซึมผ่าน ต่ำของดินเหนียว หมายความว่าไม่สามารถใช้ใน PRB แบบไหลผ่านได้^{[ 3 ]}แต่ได้รับการเสนอให้ใช้ในผนังสารละลายแผ่นรองหลุมฝังกลบ และกำแพงกั้น^{[ 5 ]}อย่างไรก็ตาม ซีโอไลต์มีโพรงเพื่อรักษาการนำไฟฟ้าทางไฮดรอลิกทำให้สามารถใช้ใน PRB ได้

พีทมอสมีพื้นที่ผิวจำเพาะ ขนาดใหญ่ (>200 ตร.ม. ^/กรัม) และมีรูพรุนสูง^{[ 6 ]}โลหะจะถูกดูดซับโดยพีทผ่านปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไอออน โดยที่โลหะจะแทนที่โปรตอนหากค่า pHต่ำ หรือแทนที่โลหะที่มีอยู่แล้วหากค่า pHสูงจากหมู่ฟังก์ชันแอนไอออน^{[ 7 ]}แอนไอออน เช่นCrO²⁻ และMnO²⁻ จะถูกกำจัดออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่pH < 3 เนื่องจากพื้นผิวที่มีประจุบวกซึ่งเกิดจากการเติมโปรตอนลงในหมู่ฟังก์ชันของพื้นผิว ในขณะที่แคตไอออน เช่นUO₂²⁺ จะหลุดออกได้ง่ายกว่า²⁺ นี​²⁺, คู²⁺จะถูกกำจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่ค่าpH ที่สูงขึ้น ^{[ 8 ]}พีทมอสดูเหมือนจะเป็นวัสดุแลกเปลี่ยนไอออนที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดโลหะหนักและแอนไอออนบางชนิด ประสิทธิภาพการกำจัดแคตไอออนเข้าใกล้ 100% ที่ค่า pH ต่ำ แต่ต้องพิจารณาถึงการพึ่งพาค่า pH และความเข้มข้นของไอออนโลหะเริ่มต้นอย่างมากด้วย

รูปประกอบแสดงวิธีการสองวิธีในการประยุกต์ใช้อนุภาคเหล็กเพื่อการบำบัดน้ำบาดาล : รูป A คือ PRB แบบดั้งเดิมที่ทำจากเหล็กเม็ดขนาดมิลลิเมตร และรูป B คือ "โซนบำบัดปฏิกิริยา" ที่เกิดจากการฉีดเหล็กขนาดนาโนเข้าไปอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างโซนที่ทับซ้อนกันของอนุภาคที่ถูกดูดซับโดยเม็ดของวัสดุชั้นหินอุ้มน้ำดั้งเดิม ในรูป A น้ำบาดาลไหลผ่านสิ่งกีดขวางและได้รับการบำบัด ในรูป B อนุภาคนาโนของเหล็กแสดงด้วยจุดสีดำอนุภาคนาโนมีความคล่องตัวน้อยในตัวกลางที่มีรูพรุน โปรดทราบว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อสารปนเปื้อน ไม่ว่าจะละลายอยู่ในน้ำบาดาลหรือเป็นDNAPLสัมผัสกับพื้นผิวเหล็กเท่านั้น^{[ 10 ]}

ระบบกรวยและประตูใช้สำหรับนำกลุ่มควันปนเปื้อนเข้าสู่ประตูซึ่งมีวัสดุที่ทำปฏิกิริยาอยู่ กรวยไม่สามารถซึมผ่านได้ และการออกแบบที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยประตูเดียวที่มีผนังยื่นออกมาจากทั้งสองด้าน ข้อได้เปรียบหลักของระบบกรวยและประตูคือสามารถใช้พื้นที่ทำปฏิกิริยาที่เล็กกว่าในการบำบัดกลุ่มควัน ส่งผลให้ต้นทุนต่ำลง นอกจากนี้ หากจำเป็นต้องเปลี่ยนวัสดุที่ทำปฏิกิริยา ก็สามารถทำได้ง่ายกว่ามากเนื่องจากประตูมีขนาดเล็ก^{[ 11 ]}

มีการใช้ แผ่นเหล็กตอกและขุดเพื่อติดตั้ง PRB รุ่นก่อนหน้า วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการกั้นพื้นที่ขุดโดยใช้แผ่นเหล็กตอกก่อนที่จะขุดโดยใช้รถขุดวิธีนี้อาจช้า (และดังนั้นจึงมีราคาแพง) และใช้ได้เฉพาะกับกลุ่มควันที่มีความลึกน้อยกว่า 35 ฟุตเท่านั้น^{[ 13 ]}

การขุดร่องอย่างต่อเนื่องเกี่ยวข้องกับการใช้ระบบรถขุดโซ่ตัดขนาดใหญ่ จากนั้นใช้กล่องร่องและกรวยเพื่อถมร่องด้วยวัสดุที่ทำปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง การขุดร่องอย่างต่อเนื่องสามารถทำได้อย่างรวดเร็วและประหยัด แต่สามารถใช้ได้กับร่องที่มีความลึกน้อยกว่า 50 ฟุตเท่านั้น นอกจากนี้ เครื่องจักรที่ใช้สำหรับเทคนิคนี้ไม่สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพกับดินที่มีก้อนหินขนาดใหญ่^{[ 13 ]}

เทคโนโลยี Mendrel เกี่ยวข้องกับการตอกคานกลวงยาวลงไปในพื้นดินในแนวตั้ง คานจะถูกคลุมไว้ขณะที่ตอกลงไป และเมื่อวางคานลงแล้วก็จะถอดฝาครอบออก จากนั้นจึงเติมผงเหล็ก เข้าไปในช่องว่าง จากนั้นจึงเขย่า Mendrel ขณะที่ดึงออก เพื่อให้เหล็กไหลลงไปด้านล่างและก่อตัวเป็น PRB จากนั้นจึงเลื่อน Mendrel ไปอีกหนึ่งความกว้าง ทำซ้ำกระบวนการนี้ไปเรื่อยๆ จนได้ PRB ที่ต่อเนื่องกัน^{[ 13 ]}

วิธีการนี้ใช้เหล็กเม็ดละเอียดฉีดเข้าไปในรอยแตกใต้พื้นผิวที่สร้างขึ้นโดยใช้แรงดันสูงที่ควบคุมได้ เจ็ทน้ำจะกัดเซาะบริเวณนั้น จากนั้นจึงเติมกัวร์กัมและเหล็ก กัวร์กัมจะยึดเหล็กไว้ก่อนที่จะสลายตัว ทำให้เกิดโซนเหล็กที่ซึมผ่านได้ (PRB) ^{[ 13 ]}

การผสมดินลึกจะเพิ่มธาตุเหล็กให้กับดินเดิมและผสมด้วยสว่าน ขนาดใหญ่ กระบวนการนี้สร้างโซนการบำบัดแบบเสาหลายชุดซึ่งก่อตัวเป็น PRB เมื่อเรียงกัน วิธีนี้สามารถบำบัดมลพิษได้ลึกถึง 100 ฟุต แต่โซนการบำบัดจะมีสัดส่วนของธาตุเหล็กค่อนข้างต่ำ^{[ 13 ]}

ในการวิเคราะห์ PRB นั้น เน้นไปที่การสูญเสียปฏิกิริยาและการซึมผ่านในบ่อปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ลักษณะทางไฮดรอลิกของความล้มเหลวของ PRB ที่มีรายงานมานั้นยังไม่สมบูรณ์ ค่าศักยภาพการออกซิเดชัน-รีดักชัน ค่า pH ของน้ำเข้า และความเข้มข้นของความเป็นด่างและไนเตรตในน้ำเข้า⁻ ] และ [คลอไรด์ Cl ⁻ ] เป็นตัวทำนายที่แข็งแกร่งที่สุดของประสิทธิภาพที่อาจลดลงของ PRB ปฏิกิริยาของสื่อมากกว่าการลดลงของความสามารถในการซึมผ่านมีแนวโน้มที่จะเป็นปัจจัยที่จำกัดอายุการใช้งานของ PRB ในภาคสนาม เนื่องจากเทคโนโลยีนี้ค่อนข้างใหม่ จึงยังยากที่จะคาดการณ์อายุการใช้งานของไซต์ ขึ้นอยู่กับสมมติฐานของปัจจัยควบคุม การประมาณอายุการใช้งานอาจแตกต่างกันได้ถึงหนึ่งอันดับ (เช่น 10–100 ปี) ^{[ 14 ]}

การนำ PRB ไปใช้ในระดับภาคสนามครั้งแรกเกิดขึ้นที่ซันนีเวล รัฐแคลิฟอร์เนียณ สถานที่ตั้งของโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ที่เคยดำเนินการอยู่ ในขณะนั้นเทคโนโลยีการบำบัด ที่ดีที่สุดที่มีอยู่คือ เทคโนโลยีสูบและบำบัด PRB นำเสนอวิธีการแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนมากกว่า เนื่องจากสามารถบำบัดน้ำใต้ดินได้โดยไม่ต้องใช้กระบวนการใดๆ มีการเลือกใช้โลหะเม็ดเล็กเป็นสื่อกลางในการทำปฏิกิริยาหลังจากทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการโดยใช้น้ำที่ปนเปื้อนจากสถานที่ดังกล่าว หลังจากการติดตั้ง สารปนเปื้อนลดลงจนถึงระดับเป้าหมาย ส่งผลให้สามารถถอดเครื่องจักรสูบและบำบัดออกได้ และพื้นที่เหนือพื้นดินก็สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้าได้ การประหยัดจากการใช้ PRB เมื่อเทียบกับการสูบและบำบัดสามารถชดเชยค่าใช้จ่ายในการติดตั้งได้ภายในเวลาประมาณสามปี^{[ 13 ]}

ในปี 1996 ได้มีการติดตั้ง PRB ที่มีความยาว 46 เมตร ลึก 7.3 เมตร และหนา 0.6 เมตร ที่ศูนย์ปฏิบัติการของหน่วยยามฝั่งใกล้เมือง Elizabeth City รัฐนอร์ทแคโรไลนา เป้าหมายของ PRB นี้คือการบำบัดมลพิษจากสารไตรคลอโรเอทิลีน (TCE) และโครเมียมเฮกซาวาเลนต์ (Cr (VI)) การติดตั้ง PRB ใช้เวลาเพียง 6 ชั่วโมง โดยใช้เทคนิคการขุดร่องแบบต่อเนื่อง ซึ่งกำจัดตะกอนที่มีอยู่เดิมออกไปพร้อมๆ กับการติดตั้งตัวกลางที่ทำปฏิกิริยา (เหล็กเม็ด) PRB ถูกออกแบบให้เป็นกำแพงต่อเนื่อง แทนที่จะเป็นแบบกรวยและประตู เนื่องจากแบบจำลองคอมพิวเตอร์ 3 มิติชี้ให้เห็นว่าทั้งสองแบบจะมีประสิทธิภาพเท่ากัน แต่การวิเคราะห์ต้นทุนแสดงให้เห็นว่าการติดตั้งแบบต่อเนื่องจะมีต้นทุนที่ถูกกว่า ต้นทุนการติดตั้งทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 1 ล้านดอลลาร์ ในขณะที่หน่วยยามฝั่งสหรัฐฯ คาดการณ์ว่าจะประหยัดได้ถึง 4 ล้านดอลลาร์ในระยะเวลา 20 ปี เมื่อเทียบกับระบบสูบและบำบัด^{[ 15 ]}

มอฟเฟ็ตฟิลด์ รัฐแคลิฟอร์เนีย เป็นที่ตั้งของ PRB ขนาดนำร่องที่ริเริ่มโดยกองทัพเรือสหรัฐฯ ในปี 1995 PRB ของมอฟเฟ็ตฟิลด์ใช้การออกแบบแบบกรวยและประตู โดยกรวยประกอบด้วยเสาเข็มแผ่นเหล็กที่ประสานกัน ในขณะที่ประตูประกอบด้วยเหล็กศูนย์วาเลนซ์แบบเม็ด สารปนเปื้อนหลักคือไตรคลอโรเอทิลีน (TCE) ซิส-1,2 ไดคลอโรเอทิลีน (cDCE) และเพอร์คลอโรเอทิลีน (PCE) ข้อมูลจากการตรวจสอบรายไตรมาส การทดสอบติดตาม และการเจาะแกนเซลล์เหล็กถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดประสิทธิภาพของไซต์ ตั้งแต่การเก็บตัวอย่างครั้งแรกในเดือนมิถุนายน 1996 ความเข้มข้นของสารประกอบคลอรีนทั้งหมดลดลงจนตรวจไม่พบหรือต่ำกว่าระดับสารปนเปื้อนสูงสุด^{[ 16 ]}

ในปี 1996 ได้มีการเลือกพื้นที่ Fry Canyon เป็นพื้นที่สาธิตภาคสนามเพื่อประเมินความสามารถในการกำจัดยูเรเนียม ของ PRB ได้มีการทำการทดลองในห้องปฏิบัติการกับวัสดุ PRB ที่มีศักยภาพ 3 ชนิด (ฟอสเฟต เหล็กศูนย์วาเลนซ์ และเหล็กเฟอร์ริก) เพื่อกำหนดประสิทธิภาพการกำจัดยูเรเนียมและคุณสมบัติทางอุทกวิทยา ได้เลือกวัสดุ PRB จากแต่ละประเภทมาใช้ในการสาธิต วัสดุที่เลือกมีค่าการนำไฟฟ้าทางไฮดรอลิกที่น่าพอใจ ประสิทธิภาพการกำจัดยูเรเนียมสูง และความแข็งแรงในการอัดตัวสูง ได้ใช้การออกแบบแบบกรวยและประตู กรวยจะนำน้ำใต้ดินเข้าสู่ประตูของ PRB ในช่วงปีแรก เหล็กศูนย์วาเลนซ์สามารถลดความเข้มข้นของยูเรเนียมได้มากกว่า 99.9% ในขณะที่ปริมาณที่ถูกกำจัดในทั้งฟอสเฟตและเหล็กเฟอร์ริกนั้นเกิน 70% สำหรับการวัดส่วนใหญ่ กลไกในการกำจัดยูเรเนียมนั้นคล้ายคลึงกับกลไกในการกำจัดสารปนเปื้อนอนินทรีย์อื่นๆ ซึ่งหมายความว่าการศึกษานี้มีประโยชน์ในวงกว้าง^{[ 17 ]}