地下水污染防控中的復合膜阻隔技術應用研究

摘要：地下水污染成為我國水資源保護的重大挑戰。復合膜阻隔技術作為一種新興的污染防控手段，在地下水污染防治中展現出廣闊的應用前景。從復合膜阻隔技術的定義、原理及適用范圍入手，分析其在地下水污染防控中的應用現狀及存在的難點，并提出了針對性的應用建議，以期為我國地下水污染防控提供理論參考和實踐指導。

關鍵詞：地下水污染；復合膜阻隔技術；污染防控

中圖分類號：X523；TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-00-03

Research on the Application of Composite Membrane Barrier Technology in the Prevention and Control of Groundwater Pollution

LUO Mingli， FU Hongsha， ZHANG Biao

（Binzhou Ecological Environment Service Center， Binzhou 256600， China）

Abstract： Groundwater pollution has become a major challenge for water resource protection in China. Composite membrane barrier technology， as an emerging means of pollution prevention and control， has shown broad application prospects in the prevention and control of groundwater pollution. Starting from the definition， principle， and scope of application of composite membrane barrier technology， this paper analyzes its current application status and existing difficulties in groundwater pollution prevention and control， and puts forward targeted application suggestions， in order to provide theoretical reference and practical guidance for groundwater pollution prevention and control in China.

Keywords： groundwater pollution; composite membrane barrier technology; pollution prevention and control

地下水是我國重要的水資源，在經濟社會發展中發揮重要作用。然而，隨著工農業的快速發展，地下水污染日益嚴重，成為制約我國水資源可持續利用的重要因素。我國相繼出臺了一系列政策法規，如《水污染防治行動計劃》《地下水管理條例》等，為地下水污染防控工作提供了政策保障和行動指南[1]。在此背景下，急需加強地下水污染防控關鍵技術研究，為地下水污染防治提供有力的支撐。

1 復合膜阻隔技術概述

1.1 復合膜阻隔技術的定義

復合膜阻隔技術是當前地下水污染防控領域的主要技術。復合膜阻隔技術是在污染源與含水層之間構筑由多種功能材料復合而成的阻隔層，阻斷污染物向地下水遷移擴散的過程，進而實現對地下水資源的有效保護[2]。

1.2 基本原理與機制

復合膜阻隔技術的原理在于發揮復合材料的協同增效作用，設計構建具有優異阻隔性能的復合型多功能阻隔層。復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料通過物理或化學方法復合而成的一種多相非均質材料，能夠集各組分材料的優勢于一體，展現出單一材料所不具備的綜合性能。復合膜阻隔技術所采用的復合膜材料通常由高分子合成材料和天然礦物材料復合而成。高分子合成材料具有優異的耐化學性、抗老化性、高強度等特性，能夠為阻隔層提供長期穩定的物理隔離和支撐作用。而天然礦物材料具有比表面積大、吸附性強、滲透系數低等獨特優勢，能夠通過物理吸附、化學絡合、離子交換等作用有效去除污染物[3]。

復合膜阻隔技術對污染物的阻隔機制主要包括3個方面。一是物理阻滯作用。復合膜材料對污染物具有優異的物理隔離效應，能夠顯著延緩污染物的滲透和擴散速率。二是吸附截留作用。復合膜材料的比表面積大、孔隙結構發達，對污染物的吸附截留能力強，能夠有效降低污染物濃度。三是化學降解作用。部分復合膜材料具有催化降解污染物的功能，可通過化學反應將污染物轉化為無害物質。多重阻隔機制的耦合協同，使得復合膜阻隔技術對污染物的阻控效果遠優于傳統單一阻隔材料，成為當前地下水污染防治的優選技術之一。

1.3 適用范圍與應用場景

復合膜阻隔技術具有廣泛的適用性，在多種地下水污染場景中均可發揮重要作用[4]。主要適用情形包括以下5點。一是工業區污染地下水防治。工業生產過程中排放的廢水、廢液等是地下水污染的主要來源之一。利用復合膜阻隔技術在工業區污染源周邊構建阻隔層，能有效防范污染物入滲對地下水造成污染。二是農田面源污染防控。農田灌溉和農藥化肥施用產生的面源污染是地下水污染的另一來源。采用復合膜阻隔技術在農田底部鋪設阻隔層，能攔截農藥化肥等污染物向地下水遷移，保護區域地下水環境。三是垃圾填埋場滲濾液污染防治。垃圾填埋場滲濾液含有大量有毒有害物質，是地下水污染的高風險源。在垃圾填埋場底部和側壁構筑復合膜阻隔技術阻隔層，可防止滲濾液污染地下水系統。四是飲用水水源地保護。在飲用水源保護區內采用復合膜阻隔技術布控關鍵污染路徑，能夠切實保障水源地地下水水質安全，防范污染風險。五是地下水人工回灌防護。在再生水、雨水等非常規水源回灌過程中，采用復合膜阻隔技術凈化處理入滲水，能有效降低污染風險，確保含水層水質安全。除上述典型場景外，復合膜阻隔技術在礦山污染防控、頁巖氣開發污染防護、土壤地下水協同修復等領域也有廣闊應用前景。

2 地下水污染防控中復合膜阻隔技術應用的難點

2.1 復合膜材料耐久性不足

在實際應用中，復合膜材料長期暴露于復雜多變的地下環境，面臨著物理、化學、生物等多重因素的侵蝕和破壞。部分復合膜材料抗老化性能較差，在使用過程中易發生開裂、斷裂等失效現象，導致阻隔性能大幅下降。例如，某化工廠污染場地修復項目中，采用的高密度聚乙烯膜（High Density Polyethylene Impermeable membrane，HDPE）材料抗氧化性能不佳，在鋪設一年后出現大面積破損，致使污染物大量滲漏，污染了下游含水層。復合膜材料耐久性不足，嚴重制約了復合膜阻隔技術的應用效果并縮短使用壽命。

2.2 阻隔層滲漏檢測難度大

復合膜阻隔層埋設于地下，一旦發生污染物滲漏，很難及時發現和定位。傳統的人工巡檢方法受制于監測密度和頻次，通常存在漏檢、誤檢的風險。而采用物探等儀器監測方法，雖然可以實現無損檢測，但是受限于分辨率和信噪比，不能精準識別微小滲漏。復合膜阻隔層的滲漏檢測難度大，一旦滲漏得不到及時發現和處理，極易造成污染物大范圍擴散，后果不堪設想。

2.3 阻隔層失效風險評估不足

復合膜阻隔層的失效風險評估是確保其長期穩定運行的重要舉措。但在實踐中，阻隔層失效風險評估往往流于形式，缺乏針對性和有效性。主要原因在于風險評估方法不科學，評估指標不全面，未能充分考慮材料老化、應力開裂、滲透腐蝕等多重失效機制的耦合效應。此外，阻隔層失效后的環境影響評估存在不足，對污染物擴散途徑、污染范圍、危害后果等缺乏定量分析，導致風險管控措施的針對性和有效性不強。

3 地下水污染防控中的復合膜阻隔技術應用建議

3.1 發展高性能復合膜防滲材料

針對復合膜材料耐久性不足的難題，急需加大高性能復合膜防滲材料的研發攻關力度。高性能復合膜防滲材料的設計開發應遵循“安全性、耐久性、經濟性”的基本原則，著力提升材料的化學穩定性、抗老化性、機械強度、環境適應性等指標。在材料選擇方面，應優先選用具有優異抗氧化性、抗腐蝕性、抗降解性的新型高分子材料，如聚氨酯、全氟聚合物、環氧樹脂等。這些材料分子結構穩定，化學惰性強，能夠長期耐受復雜地下環境的侵蝕破壞。在材料改性方面，可采用共聚改性、接枝改性、納米增強等改性技術，從分子結構層面優化材料性能。共聚改性通過引入功能性單體，調控材料的結晶度、極性、親水性等，提升材料的柔韌性和環境相容性。接枝改性通過表面接枝功能基團，賦予材料特殊的表面化學性質，增強材料的界面結合力和污染物阻隔能力。納米增強則利用納米粒子的量子尺寸效應和表面效應，顯著改善材料的力學性能、導電性、阻隔性等。多種改性技術的復合應用能夠優化材料的綜合性能[5]。

在材料復合方面，宜采用多層共擠出、納米層狀復合、界面分子嵌入等復合加工工藝，實現材料間的強化復合。多層共擠出工藝通過同步擠出不同性質的熔體形成緊密貼合的多層結構，顯著提升復合膜的阻隔性和機械強度。納米層狀復合工藝利用納米黏土等無機層狀材料，在高分子基體中形成納米級復合結構，大幅度提升材料的阻隔性和抗滲透性。界面分子嵌入工藝通過在復合界面引入反應性基團，形成交聯互穿網絡結構，防止層間脫離失效。復合工藝的應用能夠最大限度地發揮各組分材料的增強協同效應，使復合膜材料的性能達到最優。

3.2 建立復合膜阻隔層滲漏智能監測預警系統

針對阻隔層滲漏檢測和識別難度大的痛點，應著力建立復合膜阻隔層滲漏智能監測預警系統。該系統應集成傳感監測、大數據分析、風險預警等功能于一體，實現對復合膜阻隔層滲漏的全天候、全方位及動態化監測和預警。在監測網絡布設方面，應在阻隔層內外合理布控多種傳感器，構建立體化和網格化的滲漏監測傳感網絡。在阻隔層內可布設光纖傳感器、電學傳感器、聲發射傳感器等，實時監測阻隔層應力應變、破損開裂、滲漏等危險工況。在阻隔層外可布設地球物理傳感器、水質傳感器、土壤氣傳感器等，動態監測污染物運移擴散、土壤氣異常、地下水水質變化等滲漏污染信號。科學合理地布設監測網絡，能夠全面感知阻隔系統的滲漏風險信息。

監測數據分析應充分運用大數據分析、機器學習等人工智能技術，智能分析和挖掘海量監測數據。通過構建滲漏特征參數庫，提取滲漏發生的先兆特征，建立多參數綜合判別模型，快速識別和定位滲漏位置、程度及范圍。同時，結合材料、結構、環境等因素，開展阻隔層動態演化過程模擬，預判阻隔層服役性能和滲漏風險的時空分布規律。大數據智能分析能夠從海量數據中提取滲漏風險的關鍵信息，便于及時診斷和預警滲漏風險。

3.3 構建阻隔層失效風險綜合評估方法

針對阻隔層失效風險評估缺乏系統性、全面性的短板，應著力構建阻隔層失效風險綜合評估方法。該方法應立足于阻隔層全生命周期過程，考慮材料、結構、施工、運行及環境等多重因素的失效風險影響，定量評判阻隔層失效的可能性和危害性，為阻隔層系統的安全管控提供科學決策依據。在失效機理分析方面，應深入研究阻隔層材料老化、破壞、滲漏等失效機制的機理，揭示材料性能退化、應力應變演化、環境因素作用等多因素耦合下的阻隔層失效規律。在材料失效機理研究中，應重點分析高分子材料的氧化降解、疲勞開裂、蠕變變形等化學和物理失效過程。在結構失效機理研究中，應系統考慮阻隔層自重應力、滲流沖刷力、地震動荷載等作用下的結構變形、開裂、滲漏失穩等失效模式。在環境失效機理研究中，應充分考慮溫度、濕度、pH值、氧化還原電位等環境因素的長期影響效應。系統全面的失效機理分析能夠為失效風險評估提供科學基礎和理論支撐。

4 結論

復合膜阻隔技術在工業區污染地下水防治、農田面源污染防控、垃圾填埋場滲濾液污染防治等多個領域發揮著日益重要的作用。但在實際應用中，該技術面臨著復合膜材料耐久性不足、阻隔層滲漏檢測難度大、失效風險評估不完善等難題。為充分發揮復合膜阻隔技術的污染防控效能，應著力發展高性能復合膜防滲材料，建立復合膜阻隔層滲漏智能監測預警系統，并構建覆蓋材料、結構、環境等因素的阻隔層失效風險綜合評估方法，不斷提升復合膜阻隔技術的可靠性和長效性，更好地服務于地下水污染防控工作。

參考文獻

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2 譚國靜，楊 凱，褚學軍.探究溫度對復合膜阻隔性和力學性能的影響[J].包裝工程，2023（13）：49-54.

3 黃昌政.阻隔包裝材料用黏結樹脂及多層復合膜研制及其性能表征[J].遼寧化工，2022（11）：1509-1511.

4 王小英，唐淑瑋，吳正國，等.生物質基高阻隔復合膜的研究現狀[J].林業工程學報，2021（6）：13-22.

5 盧曉青.BOPP/CPP復合膜的氧氣阻隔性能分析[J].工業技術創新，2019（5）：60-63.

收稿日期：2024-12-18

作者簡介：羅明麗（1991—），女，山東濱州人，碩士。研究方向：地下水。