基于膨潤(rùn)土的阻隔帷幕材料研究現(xiàn)狀

李秦磊，李義連*，姜鳳成

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)深圳研究院，廣東 深圳，518063；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430078)

2019年3月28日，我國(guó)生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部共同印發(fā)了《地下水污染防治實(shí)施方案》，該方案明確提出重點(diǎn)污染源風(fēng)險(xiǎn)防控措施之一是開(kāi)展防滲改造。

在污染場(chǎng)地修復(fù)工作中，防滲的目的是阻截污染物擴(kuò)散，這不僅能對(duì)污染源進(jìn)行控制，也能有效阻斷污染物的擴(kuò)散途徑。污染場(chǎng)地修復(fù)工作中常用的防滲措施是構(gòu)建阻隔帷幕，通過(guò)在被污染的地下水周?chē)鷺?gòu)建起封閉狀的阻隔屏障，使受污染的水體封閉在該屏障內(nèi)，從而控制污染物的遷移擴(kuò)散范圍,其廣泛應(yīng)用不但能有效控制污染物在水平及垂直方向上的擴(kuò)散，還能為充分研究治理對(duì)策提供充足的時(shí)間保證。

由于膨潤(rùn)土具有較高的吸附性能，水化后體積可膨脹至原來(lái)的10～30倍，并形成穩(wěn)定的凝膠體，使其滲透系數(shù)能降至10-9cm/s以下，因而廣泛用作防滲阻隔帷幕材料。雖然傳統(tǒng)的膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料具有吸附性高、滲透系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，但隨著污染物種類(lèi)的增加以及新型有機(jī)污染物的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的膨潤(rùn)土及其組合材料越來(lái)越多地暴露出其自身存在的諸多不足，因而對(duì)這些材料進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化對(duì)于控制地下水中污染物的遷移擴(kuò)散至關(guān)重要。

那么，該從何種方向研究與改進(jìn)此類(lèi)阻隔帷幕材料呢？目前，基于膨潤(rùn)土的阻隔帷幕材料改性研究主要集中在兩個(gè)方面：一是對(duì)膨潤(rùn)土自身的研究與改性；二是對(duì)土-膨潤(rùn)土、水泥-膨潤(rùn)土和土-水泥-膨潤(rùn)土等傳統(tǒng)材料組合的研究與改性?xún)?yōu)化。其主要目的是降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)或提升阻隔帷幕對(duì)目標(biāo)污染物的吸附阻隔性能。本文通過(guò)歸納與總結(jié)前人關(guān)于基于膨脹土的阻隔帷幕材料的研究成果，以期為今后此類(lèi)阻隔帷幕材料的研究提供思路。

1 膨潤(rùn)土

膨潤(rùn)土，又稱(chēng)斑脫巖、膨潤(rùn)巖，是一種以蒙脫石為主要成分的黏土巖，具有良好的吸水膨脹性、造漿性和吸附性，根據(jù)層間陽(yáng)離子的不同又可分為鈉基膨潤(rùn)土和鈣基膨潤(rùn)土。

由于蒙脫石結(jié)構(gòu)是兩個(gè)硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2∶1型晶體結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)中存在的Cu、Mg、Na、K等陽(yáng)離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩(wěn)定，易被其他陽(yáng)離子交換，因而具有較好的離子交換性。

在阻隔帷幕中，膨潤(rùn)土的加入不僅能降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)、吸附污染物質(zhì)，還能改善膨潤(rùn)土的泥漿性能。

1.1 膨潤(rùn)土作為阻隔帷幕材料的可行性

膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料能顯著降低地下含水層的滲透系數(shù)。有研究表明，大于3%的膨潤(rùn)土漿液注入就可以將砂層的滲透系數(shù)從9.4×10-3～ 5.4×10-2cm/s降低至 1.0×10-6cm/s[1-2]；Chegbeleh等[3-4]通過(guò)對(duì)比乙醇水化膨潤(rùn)土漿液和鹽溶液水化膨潤(rùn)土漿液的黏度、粒徑分布和滲透性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比于乙醇-膨潤(rùn)土漿液，鹽-膨潤(rùn)土漿液的粒徑分布、黏度更小，更易灌入微小裂隙中，且養(yǎng)護(hù)后的阻隔帷幕的滲透系數(shù)可達(dá)1.0×10-7cm/s；Correia等[5]通過(guò)向建筑與拆除垃圾中添加16%的膨潤(rùn)土，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠?qū)⑵錆B透系數(shù)由1.0×10-5m/s降至1.0×10-9m/s，同時(shí)增加了混合物中陽(yáng)離子的交換容量，可降低其自由膨脹指數(shù)；Chegbeleh等[6]對(duì)鹽-膨潤(rùn)土漿液作為注漿材料分別注入裂隙介質(zhì)和多孔介質(zhì)中地下水的臨界水力梯度進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膨潤(rùn)土漿液可用來(lái)構(gòu)筑阻隔帷幕，阻截地下水中的污染物。

雖然在水利工程及垃圾填埋場(chǎng)工程中膨潤(rùn)土很早就作為防滲材料使用，但國(guó)內(nèi)應(yīng)用膨潤(rùn)土來(lái)控制地下水污染的起步較晚。1985年，深圳大亞灣核電站采用了水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕；任紅娟等[7]在蘇州市七子山老垃圾填埋場(chǎng)擴(kuò)建工程中采用粉煤灰-水泥-膨潤(rùn)土復(fù)合材料重新構(gòu)建了垂直防滲帷幕來(lái)控制垃圾滲濾液的擴(kuò)散；馬志強(qiáng)等[8]首次采用土-膨潤(rùn)土垂直防滲墻對(duì)某危廢填埋場(chǎng)污染物泄漏進(jìn)行阻隔修復(fù)。以上應(yīng)用實(shí)例都取得了很好的效果。

1.2 膨潤(rùn)土改性

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，天然膨潤(rùn)土往往存在許多不足之處，對(duì)其進(jìn)行改性處理主要是通過(guò)提高膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附性能、改善膨潤(rùn)土的泥漿性能、降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)，從而達(dá)到提高阻隔帷幕對(duì)目標(biāo)污染物的阻截能力的目的。

在地下水、時(shí)間等因素的作用下，膨潤(rùn)土復(fù)合材料往往會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的局部開(kāi)裂，進(jìn)而導(dǎo)致污染物在阻隔帷幕內(nèi)遷移擴(kuò)散，從而影響阻隔帷幕的可靠性與耐久性。隨著阻隔帷幕材料吸附性能的提高，污染物就能更好地被控制在阻隔帷幕內(nèi)。此外，國(guó)內(nèi)已有的相關(guān)防滲規(guī)范均將阻隔(防滲)帷幕的滲透系數(shù)定為小于1×10-7cm/s，因而對(duì)膨潤(rùn)土的改性研究大多集中于提高膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附性能。

1.2.1 改善膨潤(rùn)土泥漿性能與降低阻隔帷幕滲透系數(shù)

Guler等[9]利用離子聚合物對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著離子聚合物含量的增加，膨潤(rùn)土材料的滲透系數(shù)降低，當(dāng)離子聚合物含量達(dá)到2%時(shí)，膨潤(rùn)土材料的滲透系數(shù)基本不再改變;Yang等[10]研究發(fā)現(xiàn)六偏磷酸鈉改性的鈣基膨潤(rùn)土可以提高泥漿的和易性，降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)；Hwang等[11]在研究焦磷酸鈉改性膨潤(rùn)土漿液的屈服應(yīng)力、黏度以及注入砂層后滲透系數(shù)的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，焦磷酸鈉的添加降低了膨潤(rùn)土漿液的屈服應(yīng)力和黏度，增加了其流動(dòng)性，在砂層中注入7.5%、10%和12%的改性膨潤(rùn)土漿液可使砂層的滲透系數(shù)分別降低4、4.5和5個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.2.2 提高膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附性能

由于未改性的膨潤(rùn)土不能有效吸附疏水性有機(jī)污染物以及無(wú)法有效吸附水中陰離子污染物[12]，制約了天然膨潤(rùn)土在阻隔帷幕中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，用來(lái)提高其對(duì)污染物的吸附阻截性能是研究人員的主要研究方向。膨潤(rùn)土的改性原理主要有：提高膨潤(rùn)土層間離子交換能力和表面絡(luò)合能力[13]；提高膨潤(rùn)土的層間距，疏通孔隙，促進(jìn)被吸附物質(zhì)進(jìn)入膨潤(rùn)土顆粒內(nèi)部，加快其在膨潤(rùn)土中的擴(kuò)散傳遞[14]。

(1) 膨潤(rùn)土活化改性。雖然膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附性能優(yōu)異，但由于膨潤(rùn)土的表面Si-O/Al-O基團(tuán)數(shù)量有限、鍵合力不強(qiáng)、層間陽(yáng)離子交換容量受蒙脫石種類(lèi)限制等，導(dǎo)致其吸附重金屬離子的能力有限[15]。要想提升膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子的吸附能力，就需要對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化改性。目前常用的膨潤(rùn)土活化改性方法有熱活化、酸活化、鹽活化、氧化、加氫還原等。此外，一些研究人員研究發(fā)現(xiàn)活化改性后的膨潤(rùn)土對(duì)某些陰離子及有機(jī)物的吸附阻隔性能有所提升。如Mdlalose等[16]通過(guò)對(duì)合成的鐵、鈷、鎳鹽改性膨潤(rùn)土的研究發(fā)現(xiàn)，鈷改性膨潤(rùn)土對(duì)磷酸鹽具有最佳的吸附效果；趙文生等[17]研究發(fā)現(xiàn),相比于天然膨潤(rùn)土，高溫焙燒、硫酸、硫酸鎂改性膨潤(rùn)土對(duì)F-的吸附能力均有所提高；Shattar等[18]通過(guò)酸活化膨潤(rùn)土制備得到一種能高效吸附阿霉素和異丙甲草胺的改性膨潤(rùn)土吸附劑，表明膨潤(rùn)土在吸附阻隔含農(nóng)藥和抗生素的地下水方面具有一定的潛力。

(2) 膨潤(rùn)土柱撐改性。膨潤(rùn)土柱撐改性是利用膨潤(rùn)土層間陽(yáng)離子可交換的特性，將柱化劑導(dǎo)入膨潤(rùn)土層間，使柱化劑離子與膨潤(rùn)土層間陽(yáng)離子發(fā)生離子交換，從而使帶正電荷的柱化劑離子與膨潤(rùn)土層間負(fù)電荷形成靜電吸引，占據(jù)膨潤(rùn)土層間可交換離子的位置，并沿垂直于晶體層的C軸排列[19]。通過(guò)改性后得到的柱撐膨潤(rùn)土的表面化學(xué)性質(zhì)、表面形貌和層間結(jié)構(gòu)均發(fā)生了改變，對(duì)污染物的吸附容量和吸附選擇性具有顯著改善[20]。按柱化劑種類(lèi)的不同，將常用的膨潤(rùn)土柱撐改性方法分為無(wú)機(jī)柱撐改性、有機(jī)柱撐改性和無(wú)機(jī)-有機(jī)柱撐改性[21]。Yee等[22]研發(fā)的殼聚糖-膨潤(rùn)土復(fù)配材料對(duì)As的最大吸附量可達(dá)到1.47 mg/g，明顯優(yōu)于天然膨潤(rùn)土；施華珍等[23]采用殼聚糖和羧甲基纖維素鈉的交聯(lián)共聚膜作為改性劑對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，改性后的膨潤(rùn)土對(duì)Mn和Cu的吸附率分別能夠達(dá)到85%和97%；Ain等[24]先用聚多巴胺改性活化膨潤(rùn)土表面，然后再用Fe3+和Fe3O4柱撐制備含鐵膨潤(rùn)土復(fù)合材料，該復(fù)合材料顯示出對(duì)結(jié)晶紫、羅丹明B和亮藍(lán)染料具有良好的吸附性能。

(3) 膨潤(rùn)土磁性負(fù)載改性。將磁性的納米Fe3O4粒子負(fù)載在膨潤(rùn)土上制備的磁性膨潤(rùn)土復(fù)合材料，不僅能利用膨潤(rùn)土的強(qiáng)吸附性吸附阻隔受污染地下水中的重金屬離子,還能通過(guò)磁分離技術(shù)，方便、快速地回收磁性膨潤(rùn)土[25-26]，實(shí)現(xiàn)阻隔帷幕的回收處理及膨潤(rùn)土的再生循環(huán)。Zou等[27]在膨潤(rùn)土粉末表面沉積Fe3O4粒子對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，獲得的改性膨潤(rùn)土對(duì)Hg具有很好的吸附阻隔性能；Maleki等[28]采用Fe3O4粒子用來(lái)增加膨潤(rùn)土磁性，制備得到的膨潤(rùn)土改性材料不僅對(duì)重金屬Cu、Pb、Ni、Cd、Hg有良好的吸附作用，還能大大提高膨潤(rùn)土的回收利用率。

1.2.3 同時(shí)提高膨潤(rùn)土吸附性能、泥漿性能及降低阻隔帷幕滲透性能

單獨(dú)提高膨潤(rùn)土泥漿性能、吸附性能或降低阻隔帷幕滲透性能并不是最優(yōu)的解決方案，同時(shí)改善膨潤(rùn)土泥漿的可泵性、吸附能力或降低阻隔帷幕滲透系數(shù)三個(gè)方面性能的改性材料更為有利[29]。Dai等[29]提出采用聚乙烯醇對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，聚乙烯醇的加入除了可以提高膨潤(rùn)土漿液的流動(dòng)性和泵送周期，有利于施工過(guò)程中的澆筑和灌漿外，還能降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)，提高其吸附能力，從而提高阻隔帷幕對(duì)污染物的吸附阻隔性能。

2 膨潤(rùn)土組合材料

阻隔帷幕中傳統(tǒng)的膨潤(rùn)土組合材料包括：土-膨潤(rùn)土、水泥-膨潤(rùn)土和土-水泥-膨潤(rùn)土等材料組合，其對(duì)有機(jī)污染物的吸附阻隔能力有限[30]，對(duì)污染物擴(kuò)散的阻滯效果不夠明顯，尤其是阻滯有機(jī)污染物擴(kuò)散的能力不足，目前常通過(guò)對(duì)其進(jìn)行改性以提高吸附阻隔效果。

2.1 土-膨潤(rùn)土材料組合

土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕主要由場(chǎng)地的原位土和膨潤(rùn)土或膨潤(rùn)土泥漿混合而成，膨潤(rùn)土摻量一般為4%～7%。一些研究人員認(rèn)為良好的土-膨潤(rùn)土配比可以有效地控制地下水的水力傳導(dǎo)過(guò)程，降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)，并且阻隔帷幕的滲透系數(shù)越低其對(duì)污染物的阻截效果就越好[31-32]。而影響阻隔帷幕滲透系數(shù)的因素首先是膨潤(rùn)土的質(zhì)量，其次是回填材料的顆粒分級(jí)，并且回填材料中粒徑小于0.075 mm的質(zhì)量至少應(yīng)占材料總質(zhì)量的20%～30%[33]。還有研究發(fā)現(xiàn)，地下水中鈣離子含量的增加將會(huì)導(dǎo)致鈉基膨潤(rùn)土轉(zhuǎn)化為鈣基膨潤(rùn)土，使阻隔帷幕材料的有效孔隙度增加，從而導(dǎo)致阻隔帷幕滲透系數(shù)的提高[34-35]。

在對(duì)土-膨潤(rùn)土組合材料的改性研究方面，Wang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，黃土改性的土-膨潤(rùn)土垂直阻隔帷幕材料對(duì)Pb2+的吸附量隨黃土量的增加呈線(xiàn)性增加，當(dāng)改性材料中黃土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，其吸附量可達(dá)到未改性材料的2倍，即使在酸性環(huán)境中，阻隔帷幕中的黃土對(duì)Pb2+也有很高的吸附能力；Yang等[37-38]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)六偏磷酸鈉(SHMP)改性后的土-鈣基膨潤(rùn)土組合材料對(duì)Pb2+的吸附能力能夠提高1.72倍，此外SHMP改性劑的添加能使阻隔帷幕的滲透系數(shù)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，阻滯系數(shù)提高1.5倍，Pb2+穿透1 m厚阻隔帷幕的時(shí)間延遲兩個(gè)數(shù)量級(jí)；Consoli等[39]研究發(fā)現(xiàn)，柴油入滲進(jìn)入土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料會(huì)導(dǎo)致其滲透系數(shù)增大，土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料中加入硅酸鹽水泥也會(huì)導(dǎo)致其滲透系數(shù)增大，然而當(dāng)柴油入滲進(jìn)入硅酸鹽水泥改性的土-膨潤(rùn)土?xí)r，其滲透系數(shù)卻會(huì)發(fā)生顯著的下降，說(shuō)明硅酸鹽水泥改性的土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料能有效控制柴油的擴(kuò)散；胡曉瑾[40]研究發(fā)現(xiàn)，雖然隨著膠粉摻入比例的增加，廢舊輪胎膠粉改性的土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料的滲透系數(shù)增大，但其對(duì)離子，尤其是對(duì)苯酚的吸附能力明顯大于未改性的土-膨潤(rùn)土；Malusis等[41]采用活性炭改性土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料，改性后阻隔帷幕材料的吸附容量遠(yuǎn)大于未改性阻隔帷幕材料，且隨活性炭含量的增加其吸附容量也相應(yīng)增加，當(dāng)活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%～10%時(shí)，苯酚穿透1 m厚活性炭改性土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕的時(shí)間將增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，且穿透時(shí)間隨活性炭含量的增加而呈線(xiàn)性增加，隨苯酚濃度的增加而呈線(xiàn)性減小。

2.2 水泥-膨潤(rùn)土材料組合

水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕主要由水、5%左右的膨潤(rùn)土和10%～25%的水泥組成，其滲透系數(shù)一般在1×10-5～1×10-8cm/s。有研究表明，當(dāng)水-膨潤(rùn)土配比一定時(shí)，隨著水-水泥配比的減小，阻隔帷幕的滲透系數(shù)降低；當(dāng)水-水泥配比較高時(shí)，隨水-膨潤(rùn)土配比的減小，阻隔帷幕的滲透系數(shù)先有較大幅度的減小，然后有上升趨勢(shì)；當(dāng)水-水泥配比較低時(shí)，阻隔帷幕的滲透系數(shù)隨水-膨潤(rùn)土配比的減小而不斷降低[42-44]。此外，在水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料中加入粉質(zhì)黏土，能進(jìn)一步降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)[42]。

在對(duì)水泥-膨潤(rùn)土組合材料的改性研究方面,文梅燕[45]、黃琴琴等[46]研究得出了粉煤灰改性水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料達(dá)到Cd2+的最佳吸附阻截效果時(shí)的比例，由該材料制得的阻隔帷幕抗堿腐蝕性好于抗酸腐蝕性，且有較強(qiáng)的耐有機(jī)污染物腐蝕能力，能夠適用于單一或復(fù)雜條件下地下水中Cd2+污染的阻隔；還有研究表明，在酸性水環(huán)境條件下，加入粉煤灰能夠中和H+，為水泥-膨潤(rùn)土硬凝反應(yīng)提供反應(yīng)物，從而降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)[47]；張超凡等[48]研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械力化學(xué)改性(高能球磨機(jī)球磨+焦磷酸鈉改性)能促進(jìn)膨潤(rùn)土層間的鈣離子被鈉離子置換，改善水泥-膨潤(rùn)土注漿材料的懸浮性，提高阻隔帷幕對(duì)污染物的吸附阻隔性能。

2.3 土-水泥-膨潤(rùn)土材料組合

土-水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕是對(duì)土-膨潤(rùn)土和水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕的一種獨(dú)特改進(jìn)形式，它集合了上述兩種阻隔帷幕的優(yōu)點(diǎn)：防滲能力與土-膨潤(rùn)土阻隔帷幕相似，強(qiáng)度方面與水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕相當(dāng)。

Wu等[49]研究發(fā)現(xiàn)，普通硅酸鹽水泥不適用于含有膨潤(rùn)土的阻隔帷幕，一方面含普通硅酸鹽水泥的阻隔帷幕會(huì)導(dǎo)致較高的CO2排放，另一方面普通硅酸鹽水泥與膨潤(rùn)土之間存在的化學(xué)作用可能破壞阻隔帷幕的耐久性，而采用由MgO活化的磨細(xì)高爐礦渣對(duì)土-膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，不僅能降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)，還能減少CO2排放量，降低成本；Devarangadi等[50]在土-水泥-膨潤(rùn)土阻隔帷幕中添加磨細(xì)高爐礦渣，隨著磨細(xì)高爐礦渣添加量的增加，阻隔帷幕的液限、自由膨脹指數(shù)和滲透系數(shù)降低，最佳含水率、最大干密度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加；He等[51]采用硅灰對(duì)土-水泥-膨潤(rùn)土進(jìn)行改性，硅灰的加入能夠降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)，提高其抗壓強(qiáng)度和彈性模量；Devarangadi等[52]在土-水泥-膨潤(rùn)土組合材料中加入鋸末來(lái)增強(qiáng)阻隔帷幕對(duì)柴油污染物的吸附阻隔性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)滲透溶液為去離子水時(shí)，阻隔帷幕的液限和自由膨脹指數(shù)隨混合料中木屑含量的增加而顯著降低，而當(dāng)滲透溶液為柴油污染物時(shí)，阻隔帷幕表現(xiàn)出非塑性和無(wú)膨脹性。

黃土、粉煤灰、廢舊輪胎膠粉、高爐礦渣和鋸末等的使用表明，研究人員開(kāi)始關(guān)注如何將其他產(chǎn)業(yè)的廢物變廢為寶，以提升傳統(tǒng)膨潤(rùn)土阻隔帷幕材料組合的吸附阻隔性能。

3 結(jié)論與展望

阻隔帷幕材料就是要阻斷污染物質(zhì)的擴(kuò)散途徑，將污染物質(zhì)圈閉在有限、可控的空間范圍內(nèi)，并且保證在其被處理或自然降解之前不發(fā)生泄漏。綜上所述，基于膨潤(rùn)土的阻隔帷幕材料研究已取得了眾多成果，目前的研究具有以下特征：

(1) 總體而言，現(xiàn)有基于膨潤(rùn)土的阻隔帷幕材料中的核心成分是膨潤(rùn)土，膨潤(rùn)土的加入一方面能大幅降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)，另一方面膨潤(rùn)土自身也能吸附污染物質(zhì)，阻止其擴(kuò)散。

(2) 對(duì)于膨潤(rùn)土的改性研究日趨成熟，主要的改性方法包括活化改性、柱撐改性和磁性負(fù)載改性，其主要目的是提高對(duì)特定污染物的吸附性能，但這些改性材料多作為吸附劑，較少應(yīng)用于污染場(chǎng)地阻隔帷幕施工。

(3) 對(duì)膨潤(rùn)土組合材料的研究表明，較高的鈣離子含量會(huì)降低阻隔帷幕的阻隔效果，而針對(duì)特定污染物和特定污染場(chǎng)地對(duì)材料組合進(jìn)行改性?xún)?yōu)化處理往往能獲得更佳的效果。此外，研究人員也注重利用其他產(chǎn)業(yè)的廢棄物以降低阻隔帷幕成本、減少碳排放。

(4) 目前研究人員著重關(guān)注膨潤(rùn)土改性材料阻隔帷幕的滲透系數(shù)和吸附阻隔能力，對(duì)阻隔帷幕長(zhǎng)期暴露在污染環(huán)境中的性質(zhì)變化、污染物對(duì)阻隔帷幕的作用機(jī)理以及阻隔帷幕材料的工程特性研究有所欠缺。

展望未來(lái)的研究，提出以下幾點(diǎn)看法：

(1) 目前對(duì)膨潤(rùn)土的改性研究大多是對(duì)膨潤(rùn)土單一材料的吸附性能研究，少有人關(guān)注改性后膨潤(rùn)土漿液的和易性、黏度或屈服強(qiáng)度、泵送性等工程施工性能的變化，對(duì)膨潤(rùn)土組合材料的相互作用機(jī)理變化及其對(duì)工程施工性能的影響，更缺乏相應(yīng)的工程應(yīng)用案例。

(2) 對(duì)膨潤(rùn)土組合材料的研究大多處于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的小尺度、理想化的條件下，缺少室外地下水環(huán)境以及開(kāi)挖成槽、注漿等施工工藝對(duì)阻隔帷幕實(shí)際效果的影響研究，對(duì)其真實(shí)應(yīng)用效果的反映不夠確切，不足以指導(dǎo)工程施工。在未來(lái)具體的場(chǎng)地防治工作中要結(jié)合具體場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，必要時(shí)可取現(xiàn)場(chǎng)水、土樣進(jìn)行模擬試驗(yàn)，同時(shí)還要關(guān)注場(chǎng)地用途，以此確定阻隔帷幕的工藝參數(shù)，優(yōu)化材料組合，以獲得切實(shí)可靠的研究成果。

(3) 雖然相關(guān)規(guī)范要求阻隔帷幕的滲透系數(shù)低于1×10-7cm/s，且膨潤(rùn)土材料對(duì)污染物具有一定的吸附性能，但由于污染物往往具有一定的腐蝕性，疊加微生物作用及凍融循環(huán)的影響，阻隔帷幕的可靠性往往會(huì)受到較大的影響，因此今后需要重點(diǎn)關(guān)注并研究進(jìn)一步降低阻隔帷幕的滲透系數(shù)、提高其可靠性的方法。

(4) 當(dāng)前對(duì)阻隔帷幕阻截污染物的微觀機(jī)理及帷幕性質(zhì)變化的研究還不夠充分，對(duì)阻隔帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限后污染物是否擴(kuò)散以及材料的回收和處理方法等問(wèn)題更是少有研究。筆者認(rèn)為，理想的阻隔帷幕應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)的工作年限內(nèi)具有可靠的阻隔效果，在達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命后阻隔帷幕的滲透系數(shù)應(yīng)能逐漸恢復(fù)至與周?chē)貙酉嘟?，其中吸附的污染物能隨時(shí)間的推移自然消解為無(wú)害產(chǎn)物。雖然近年來(lái)研究人員開(kāi)始將目光聚焦在其他產(chǎn)業(yè)的廢物利用上，且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了如粉煤灰、廢舊輪胎膠粉等一大批改性劑，但是距離達(dá)到這一理想化狀態(tài)尚有較遠(yuǎn)的距離。