一种用于有机污染场地调查与长期监测取样井系统的制作方法

本实用新型属于环境治理技术领域，涉及一种有机污染场地调查、治理的检测化验取样井的建井系统，在有机污染场地调查及治理期间，可对土壤气、非水相液体(napls)及地下水进行取样。

背景技术：

有机污染场地常见的典型污染物包括：挥发性的烷烃化合物、氯代烃、苯系物，半挥发性的多环芳烃、石油烃、硝基化合物等，持久性有机物包括多氯联苯、农药等。全国土壤污染状况调查显示，六六六、滴滴涕、多环芳烃3类有机污染物点位超标率分别为0.5％、1.9％、1.4％，农药厂、化工厂、焦化厂、冶炼厂及加油站搬迁后场地的土壤及地下水通常需要修复达标后才能进入后续开发。

不同有机污染场地的污染物渗漏扩散受地形地质、土质水文、污染物特性等因素影响较大，地下水深度、土层渗透系数、污染物的液态密度等参数直接决定污染物在场地土壤及地下水中的赋存状态及分布浓度。有机污染物熔沸点较低且土壤以砂砾质为主的渗透性强场地，通常容易形成具有环境及健康风险的土壤气；场地土壤渗透性强、包气带薄且地下水位较浅时，有机污染物渗漏后，其中比重小于水的有机物浮于地下水表面，形成轻非水相液体(lnapls)，常见的如碳烃化合物、苯系数及石油烃，多见于农药、化工、石化等场地。比重大于水的有机物沉降于地下水底层形成重非水相液体(dnapls)，常见的如三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳等含氯有机溶剂、煤焦油等，多见于大量使用含氯有机溶剂的电子工厂、电子零件清洗、化学工厂、化工产品制造、印染厂涂料调配、杀虫剂制造厂及商业干洗、家庭装饰使用的废溶剂等；同时对于地下水第一个含水层较深的场地，如滩涂地质场地等，污染物通常在不同埋深地下水的分布差异也较大。

污染场地修复后再开发利用方式直接决定了未来环境敏感受体与场地遗存污染物产生环境风险的暴露途径，如挥发性有机物可以通过土壤气产生室内蒸汽入侵形成污染暴露，易溶于水的有机物可通过饮用水等方式形成暴露途径。由于我国有机污染场地数目众多，产污行业差别较大，水文地质条件各不相同，修复治理方式多样化，在调查和治理的不同阶段需要对场地土壤气、非水相液体(napls，包括上层和下层，dnapls及lnapls)及不同深度的地下水进行不定期的取样检测。目前的取样方法存在调查阶段和治理阶段不同位置，土壤气、非水相液体和地下水不同步，每阶段各目标污染物需要分别建井等弊端，造成样品前后对比性较差，难准确判断污染程度，取样井建设成本较高且后期维护难等问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型通过建设一口监测井，可在场地调查、治理修复及后续监控三个阶段分别对场地的土壤气、非水相液体(napls，包括上层和下层(dnapls及lnapls))及地层不同深度的地下水进行取样。针对有机污染场地，具有一口监测井可兼顾不同阶段各种污染介质取样的功能，减少取样井建设和维护成本，提高效率。

本实用新型涉及一种用于有机污染场地调查与长期监测取样井系统，所述系统包括监测井、浅层地下水取样蠕动泵(1)、深层地下水取样蠕动泵(2)、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵(3)、重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵(4)、深层土壤气取样泵(5)、浅表层土壤气取样泵(6)、重非水相液体(dnapls)取样探头(21)、深层地下水取样探头(23)、浅层地下水取样探头(24)、轻非水相液体(lnapls)取样探头(25)、深层土壤气取样探头(27)、浅表层土壤气取样探头(28)、重非水相液体(dnapls)取样管、深层地下水取样管、浅层地下水取样管、轻非水相液体(lnapls)取样管、深层土壤气取样管、浅表层土壤气取样管和第一隔水层(18)；监测井从上到下依次穿过地平面(8)、浅表层土壤(9)、深层土壤(10)、轻非水相液体(lnapls)层(13)、地下水层(14)和重非水相液体(dnapls)层(16)；被监测井开凿时部分破坏的第一隔水层(18)形成监测井底部第一隔水层(19)；浅表层土壤气取样泵(6)、深层土壤气取样泵(5)、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵(3)、浅层地下水取样蠕动泵(1)、深层地下水取样蠕动泵(2)和重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵(4)分别通过浅表层土壤气取样管、深层土壤气取样管、轻非水相液体(lnapls)取样管、浅层地下水取样管、深层地下水取样管和重非水相液体(dnapls)取样管连接浅表层土壤气取样探头(28)、深层土壤气取样探头(27)、轻非水相液体(lnapls)取样探头(25)、浅层地下水取样探头(24)、深层地下水取样探头(23)和重非水相液体(dnapls)取样探头(21)；浅表层土壤气取样探头(28)设置在浅表层土壤(9)中；深层土壤气取样探头(27)设置在深层土壤(10)中；轻非水相液体(lnapls)取样探头(25)设置在轻非水相液体(lnapls)层(13)；浅层地下水取样探头(24)设置在地下水层(14)的浅层中；深层地下水取样探头(23)设置在地下水层(14)的深层中；重非水相液体(dnapls)取样探头(21)设置在重非水相液体(dnapls)层(16)中或部分位于重非水相液体(dnapls)下液面(17)的监测井底部第一隔水层(19)中；重非水相液体(dnapls)取样探头(21)的周围回填有第一粗石英砂层；深层地下水取样探头(23)的周围回填有第二粗石英砂层，第一粗石英砂层和第二粗石英砂层之间回填有第一细石英砂层；浅层地下水取样探头(24)的周围回填有第三粗石英砂层；第二粗石英砂层和第三粗石英砂层之间回填有第二细石英砂层；轻非水相液体(lnapls)取样探头(25)的周围回填有第四粗石英砂层；第三粗石英砂层和第四粗石英砂层之间回填有第三细石英砂层；第四粗石英砂层上部设置第一膨润土层；在监测井的成井周围两侧扩挖土壤至需要监测的深度以设置深层土壤气取样探头(27)和浅表层土壤气取样探头(28)，在深层土壤气取样探头(27)下回填第二膨润土层，深层土壤气取样探头(27)的周围回填有第五粗石英砂层，在浅表层土壤气取样探头(28)下回填第三膨润土层，在浅表层土壤气取样探头(28)的周围回填有第六粗石英砂层，监测井所有剩余区域回填第四膨润土层后，设置套管，套管露出地面以设置护壁管及井盖(30)。

其中，地平面(8)的上部设置有井台(7)；浅层地下水取样蠕动泵(1)、深层地下水取样蠕动泵(2)、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵(3)、重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵(4)、深层土壤气取样泵(5)和浅表层土壤气取样泵(6)分别设置在井台(7)的上部。

其中，所述粗石英砂层的粗石英砂的粒径为20-40目，所述细石英砂层的细石英砂的粒径为10-20目。

其中，重非水相液体(dnapls)取样探头(21)、深层地下水取样探头(23)，浅层地下水取样探头(24)、轻非水相液体(lnapls)取样探头(25)、深层土壤气取样探头(27)、浅表层土壤气取样探头(28)均有由不锈钢制成。

本实用新型还涉及一种用于对上述有机污染场地调查与长期监测取样井系统的进行建井方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采用冲击钻成监测井，监测井从上到下依次穿过地平面(8)、浅表层土壤(9)、深层土壤(10)、轻非水相液体(lnapls)层(13)、地下水层(14)和重非水相液体(dnapls)层(16)，监测井不穿透且不影响第一层隔水层(18)的阻隔效果，被监测井开凿时部分破坏的第一隔水层(18)形成监测井底部第一隔水层(19)，在监测井底部第一隔水层(19)回填第一粗石英砂层的部分，下置重非水相液体(dnapls)取样探头(21)，然后再回填第一粗石英砂层的另外部分，再回填第一细石英砂层，下置下层地下水取样探头(23)，回填第二粗石英砂层，再回填第二细石英砂层，下置上层地下水取样探头(24)，回填第三粗石英砂层，再回填第三细石英砂层，下置轻非水相液体(lnapls)取样探头(25)，回填第四粗石英砂层，再填第一膨润土层；

(2)在监测井的成井周围两侧扩挖土壤至需要监测的深度，深层土壤(10)侧回填第二膨润土层，下置深层土壤气取样探头(27)，在深层土壤气取样探头(27)周围回填第五粗石英砂层；在浅表层土壤(9)侧回填第三膨润土层，下置浅表层土壤气取样探头(28)，浅表层土壤气取样探头(28)周围回填有第六粗石英砂层，监测井所有剩余区域回填第四膨润土层后，设置套管，套管露出地面以设置护壁管及井盖(30)。

其中，在取样井系统建设前，还包括以下步骤：

第一步、调查场地使用历史和区域水文地质情况、分析产污环节、建立污染渗透模型，结合场地调查工作、利用开发规划和适合的修复技术，合理布置监测井位置，厘清监测井需要实现的功能及任务；

第二步、采用无扰动的机械冲击钻井进行检测井钻探；对钻探岩芯进行识别和定性分析，掌握场地水文地质条件及相关参数，初步判定该钻孔是否存在土壤气，地下水层、轻非水相液体(lnapls)层(13)和重非水相液体(dnapls)层(16)污染及轻重程度，识别各种污染物的分布区间及标高，设计监测井的检测对象、范围及标高；

第三步、根据上述步骤，确定和设计出取样井系统的检测对象、所处范围及其区域。

为达到对有机污染场地各种污染对象在不同阶段取样，本实用新型提出一种用于有机污染场地调查与长期监测取样的建井方法，其具体成井方法及结构如下：

无扰动的机械冲击钻井或其他钻井方法成井至第一层地下水底部的隔水层，但不能穿透或破坏隔水层18的阻隔作用，护壁支撑管暂不拔出，在钻孔中下沉底部带有重力钎的标尺，探测底部标高。根据设计的重非水相液体(dnapls)监测位置，下填粗石英砂20，下填过程中，通过上拉标尺，始终保持标尺的重力钎处于钻孔内沉积物的顶部，测量当前钻井的回填标高，通过标高监测护壁支撑管的位置，逐步上提护壁支撑管至匹配位置，确定护壁支撑管在建井过程的护壁作用。

粗石英砂回填至重非水相液体(dnapls)监测位置，下重非水相液体(dnapls)监测探头及导管，监测相对位置及标高，再回填粗石英砂至监测探头以上合适位置，开始回填细石英砂22。细石英砂回填至深层地下水取样位置，换粗石英砂回填，回填至下深层地下水取样探头处，开始下深层地下水取样探头及导管，在回填粗石英砂。按以上建井方法，分备下置浅层地下水、轻非水相液体(lnapls)取样探头及导管，并回填相应的石英砂。

所述重非水相液体(dnapls)监测位置，宜设置在重非水相液体(dnapls)上液面15以下的重非水相液体(dnapls)层16，或重非水相液体(dnapls)下液面17的第一隔水层18。保证重非水相液体(dnapls)层在监测期间正常波动范围内可以取样。

所述的下重非水相液体(dnapls)、地下水及轻非水相液体(lnapls)监测探头21、23、24和25，可由不锈钢或者不与重非水相液体(dnapls)发生化学反应的相关材料制成，主要包括过滤网和导管接口。取样探头的表面积及长度要求符合取样流量和监测范围等要求，既满足取样要求，同时也符合取样对象分布区域及导管布置的需求，滤网尺寸要求满足取样要求的同时也要避免泥沙富集堵塞。导管要求与探头密封匹配，达到取样的物理要求，在监测井内竖直分布，避免被回填材料重叠挤压，同时不影响取样品的性质，抗压度、易损性及耐温范围等参数要求与使用环境相符，避免出现导管压瘪、高温及寒冻引起导管老化等无法取样的情况。

所述的深层地下水、浅层地下水监测位置，根据场地地下水厚度、污染物纵向分布规律及监测需求，设置两层或多层。

所述的轻非水相液体(lnapls)监测位置，设置在轻非水相液体(lnapls)层13内，监测探头的长度和轻非水相液体(lnapls)的位置关系，要求根据监测期间轻非水相液体(lnapls)上液面11和下液面13的变化范围确定，保证整个期间能采集到轻非水相液体(lnapls)样品。

所述的粗石英砂20要求渗透性和场地土层渗透系数相近，保证对于标高样品能渗透至取样探头范围内，细石英砂22要求具有一定的阻隔性，避免不同标高的样品上下混流干扰。

轻非水相液体(lnapls)上液面11以上的土壤根据污染范围及监测需求、可设置一层或多层的土壤气监测。以浅表层和深层2层土壤气监测为例，先在钻孔的两侧扩挖土壤至需要监测的深度，在相应位置下土壤气取样探头及导管，同时填筑石英砂26，石英砂填筑完毕后，加膨润土回填至井口，同样需要保证所有导管竖直无叠压。

所述浅表层及深层土壤气监测点，应重点布置在挥发性有机物检出浓度较高的区域，土壤气探头的埋设深度应结合污染设施埋深及地层土壤岩性进行确定，应设在pid读数及土壤和地下水样品检测结果较高的位置。

所述石英砂，滤料的直径应根据探头割缝宽度或开孔直径确定，避免滤料堵塞探头，滤料装填高度应高出探头上沿不小于10cm。

所述膨润土，应填厚度不小于30cm，干膨润土之上填膨润土泥浆。

膨润土之上，用水泥砂浆密封形成井台7，在地下水及非水相液体钻孔区域埋设一节pvc套管，套管露出地面形成护壁管及井盖30，保障地表水及其他人为干扰。

监测井建设完毕后，每次取样前，需要按照相关要求进行洗井，待取出样品性质参数稳定达标后，地下水及非水相液体导管通过蠕动泵等设备，分备对样品进行取样，土壤气通过真空泵和tedlar气袋取样。

根据上述技术方案提出的这种适用于与有机场地调查与长期监测取样的建井方法，可以把不同深度的土壤气、地下水及非水相液体(napls)同时在一口井内进行取样，一次成井和建井，可在调查阶段和监控阶段随时取样，相对于巢式等传统监测井，大大节省建井及维护费用，提高工作效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种用于有机污染场地调查与长期监测取样井的结构示意图。

图中标号说明：1、浅层地下水取样蠕动泵，2、深层地下水取样蠕动泵，3、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵，4、重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵，5、深层土壤气取样泵，6、浅表层土壤气取样泵，7、井台，8、地平面，9、浅表层土壤，10、深层土壤，11、轻非水相液体(lnapls)上液面，12、轻非水相液体(lnapls)下液面，13、轻非水相液体(lnapls)层，14、地下水层，15、重非水相液体(dnapls)上液面，16、重非水相液体(dnapls)层，17、重非水相液体(dnapls)下液面，18、第一隔水层，19、监测井底部第一隔水层，20、粗石英砂1，21、重非水相液体(dnapls)取样探头，22、细石英砂1，23、深层地下水取样探头，24、浅层地下水取样探头，25、轻非水相液体(lnapls)取样探头，26、粗石英砂2，27、深层土壤气取样探头，28、浅表层土壤气取样探头，29、膨润土，30、护壁管及井盖

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，并给出本实用新型的实施例。

如图1所示，一种用于有机污染场地调查与长期监测取样井系统，所述系统包括监测井、浅层地下水取样蠕动泵1、深层地下水取样蠕动泵2、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵3、重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵4、深层土壤气取样泵5、浅表层土壤气取样泵6、重非水相液体(dnapls)取样探头21、深层地下水取样探头23、浅层地下水取样探头24、轻非水相液体(lnapls)取样探头25、深层土壤气取样探头27、浅表层土壤气取样探头28、重非水相液体(dnapls)取样管、深层地下水取样管、浅层地下水取样管、轻非水相液体(lnapls)取样管、深层土壤气取样管、浅表层土壤气取样管和第一隔水层18；监测井从上到下依次穿过地平面8、浅表层土壤9、深层土壤10、轻非水相液体(lnapls)层13、地下水层14和重非水相液体(dnapls)层16；被监测井开凿时部分破坏的第一隔水层18形成监测井底部第一隔水层19；浅表层土壤气取样泵6、深层土壤气取样泵5、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵3、浅层地下水取样蠕动泵1、深层地下水取样蠕动泵2和重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵4分别通过浅表层土壤气取样管、深层土壤气取样管、轻非水相液体(lnapls)取样管、浅层地下水取样管、深层地下水取样管和重非水相液体(dnapls)取样管连接浅表层土壤气取样探头28、深层土壤气取样探头27、轻非水相液体(lnapls)取样探头25、浅层地下水取样探头24、深层地下水取样探头23和重非水相液体(dnapls)取样探头21；浅表层土壤气取样探头28设置在浅表层土壤9中；深层土壤气取样探头27设置在深层土壤10中；轻非水相液体(lnapls)取样探头25设置在轻非水相液体(lnapls)层13；浅层地下水取样探头24设置在地下水层14的浅层中；深层地下水取样探头23设置在地下水层14的深层中；重非水相液体(dnapls)取样探头21设置在重非水相液体(dnapls)层16中或部分位于重非水相液体(dnapls)下液面17的监测井底部第一隔水层(19)中；重非水相液体(dnapls)取样探头21的周围回填有第一粗石英砂层；深层地下水取样探头23的周围回填有第二粗石英砂层，第一粗石英砂层和第二粗石英砂层之间回填有第一细石英砂层；浅层地下水取样探头24的周围回填有第三粗石英砂层；第二粗石英砂层和第三粗石英砂层之间回填有第二细石英砂层；轻非水相液体(lnapls)取样探头25的周围回填有第四粗石英砂层；第三粗石英砂层和第四粗石英砂层之间回填有第三细石英砂层；第四粗石英砂层上部设置第一膨润土层；在监测井的成井周围两侧扩挖土壤至需要监测的深度以设置深层土壤气取样探头27和浅表层土壤气取样探头28，在深层土壤气取样探头27下回填第二膨润土层，深层土壤气取样探头27的周围回填有第五粗石英砂层，在浅表层土壤气取样探头28下回填第三膨润土层，在浅表层土壤气取样探头28的周围回填有第六粗石英砂层，监测井所有剩余区域回填第四膨润土层后，设置套管，套管露出地面以设置护壁管及井盖30。

其中，地平面8的上部设置有井台7；浅层地下水取样蠕动泵1、深层地下水取样蠕动泵2、轻非水相液体(lnapls)取样蠕动泵3、重非水相液体(dnapls)取样蠕动泵4、深层土壤气取样泵5和浅表层土壤气取样泵6分别设置在井台7的上部。所述粗石英砂层的粗石英砂的粒径为20-40目，所述细石英砂层的细石英砂的粒径为10-20目。重非水相液体(dnapls)取样探头21、深层地下水取样探头23，浅层地下水取样探头24、轻非水相液体(lnapls)取样探头25、深层土壤气取样探头27、浅表层土壤气取样探头28优选均有由不锈钢制成。

这种集不同深度土壤气、地下水及非水相液体(napls)的取样监测井的建井方法，具体实施步骤为：

建井前的技术准备，(1)通过文件审核、现场踏勘、人员访谈等形式，识别场地受污染的可能性，在疑似污染区域采样分析，初步掌握污染情况，布置监测井，确定需要监测的对象及任务。(2)采用无扰动的机械冲击钻井或其他钻井方法进行成井，对钻探岩芯进行识别和分析，结合场地其他勘探钻孔，判定不同深度的土壤气，地下水和非水相液体(napls)污染程度，设计各种监测对象的范围、深度及标高。(3)根据上述方法，设计出监测井的检测对象及其所处范围和区域。

然后在钻孔中下沉底部带有重力钎的标尺，探测井内当前沉降标高，回填粗石英砂，至设定标高时，依次下置不同深度的非水相液体(napls)、地下水探头及导管，按设计范围装填不同规格的石英砂，根据标尺控制护壁支撑管的上提，满足建井的相关要求。

非水相液体(lnapls)上液面以上的土壤根据监测需求，在钻孔的两侧扩挖土壤至需要监测的深度，在相应位置下土壤气取样探头及导管，同时填筑石英砂，回填膨润土，最后建设井台及井盖。

如图1所示，针对某化工有机污染场地，一种可用于调查及长期监测的可对不同深度的土壤气、地下水和非水相液体(napls)的监测井，监测对象包括两层土壤气5、6、二个不同深度的地下水1、2和两层非水相液体(napls)3、4。采用了六个不同的取样探头21、23、24、25、27、28，各层之间采用不同渗透系数的粗石英砂1，22、和粗石英砂2，26、在各取样探头间填充，取样样品渗透后进入采样探头，采用细石英砂在不同竖直深度间阻隔样品的上下混流，利用膨润土29和护壁管及井盖30，规避场外地表水及其他干扰。场地水文地质条件为，地下水位(轻非水相液体(lnapls)上液面11)位于场地地面以下4米，第一层地下水厚度为10米，其中轻非水相液体(lnapls)厚度为0.15米，重非水相液体(dnapls)厚度为0.1米。

本实施案例中，根据前期资料调查及取样检测，确定场地存在土壤气、地下水和水相液体(napls)的污染，考虑到土壤及地下水厚度较厚，竖直污染分布存在差异，分备在两个不同深度设置取样口。土壤气采用高度为0.2米的探头，探头中心分布布置于地面以下1米及3米处，水相液体(napls)采用高度为0.1米的探头，分别为最低点位于轻非水相液体(lnapls)下液面12处((lnapls)和中点位于重非水相液体(dnapls)下液面17处，地下水采用高度为0.3米的探头，探头中心分别位于地面以下7米和11米处。

监测井不穿过第一隔水层18，第一隔水层18是原始的第一个隔水层，被监测井开凿时部分破坏的第一隔水层18形成监测井底部第一隔水层19。

采用钢索冲击钻成井，井直径0.11米，深度14.2米，不穿透且不影响第一层隔水层18的阻隔效果，回填粗石英砂0.15米厚，下置重非水相液体(dnapls)取样探头21，然后再回填粗石英砂0.15米，再回填细石英砂2.85米，下置下层地下水取样探头23，回填粗石英砂0.35米，再回填细石英砂3.8米，下置上层地下水取样探头24，回填粗石英砂0.35米，再回填细石英砂2.8米，下置轻非水相液体(lnapls)取样探头25，回填粗石英砂0.15米，再填膨润土0.9米。

成井两侧分别挖出地表以下土壤1.1米和3.1米，3.1米侧回填膨润土0.1米，下置深层土壤气取样探头27，回填粗石英砂0.2米。1.1米侧回填膨润土0.1米，下置浅表层土壤气取样探头28，回填粗石英砂0.2米。然后监测井所有剩余区域回填膨润土后，下一节pvc套管，套管露出地面形成护壁管及井盖30。

本实施案例建成后，连续24各月内，每月抽取地下水样品，每3个月抽取土壤气，每6个月抽取非水相液体(napls)，运行期内，取样正常。

本实用新型的有机污染场地调查与长期监测的建井方法使用时，可根据污染场地的特征调整监测井探头位置及数量。

本实用新型不受上述实例的限制，在所述范围之内或其思路与本实用新型无实质性差别的变化、改进等技术方法均受本实用新型保护。