一种地下水原位无扰动取样和化学修复过程监测方法

一种地下水原位无扰动取样和化学修复过程监测方法
1.技术领域
2.本发明属于场地地下水监测与原位修复领域，具体为涉及一种地下水原位无扰动取样和化学修复过程监测方法。
3.

背景技术：

4.随着我国工业化进程的发展，大量的工业场地搬迁及在产企业产生带来的地下水污染日益严重。其中，地下水的原位监测是开展场地地下水污染风险管控与修复的基础。然而，在实际的场地调查及修复过程中，监测的重要性被远远低估。现有的地下水取样方法是先建立监测井，然后在监测井中取样，用于后期的监测。建井取样的方法反映的是开筛层位的地下水水质状况，一般在1-50 m范围内，取得的样品是1-50 m范围内的混合样，因此，取得的样品以及监测的结果代表的是一个地下水层位或则某个地层范围内的水质情况或污染状况。以上方法适用于传统的地下水水质监测，而对于污染场地来说，这个方法难以反应实际污染物的分布，这主要是由污染物在地下水中分布不均匀性引起的。本发明采用的地下水原位无扰动取样不需要建井，通过嵌入式埋入监测装置，可实现原位无扰动实时监测，可以精确的厘米水平的监测。
5.同时，在化学修复过程中，地下水中污染物的时空变异性更大，为了满足场地地下水高精度调查和精准修复的需求，原位无扰动多层位实时监测可用来精准调控地下水修复材料用量，避免修复周期的加长或修复材料的浪费。针对地层结构、污染物时空分布复杂的场地，亟需一种原位取样和修复过程监测装置及方法，为地下水低流动原位取样及精准修复提供重要的理论与技术支撑。
6.

技术实现要素：

7.解决的技术问题：本发明针对上述技术问题，提供一种地下水原位无扰动取样和化学修复过程监测方法。
8.技术方案：一种地下水原位无扰动取样和化学修复过程监测方法，步骤为：采用口径不大于11cm的钻机钻探到指定层位，将监测装置安装到指定层位中，所述监测装置包括滤笼、滤网和导管，导管末端为采样端，所述滤网包覆于导管的采样端，滤笼套设于滤网外，在滤笼周边定向加入防护材料，在露出导管的地面建立防护设施，取样时，将导管连接到可调节微泵，调节微泵流量，实现地下水低流动原位无扰动取样；原位注入修复试剂后，通过便携式水质参数仪监测地下水物理化学参数，获取反馈地下水修复动态。
9.上述指定层位精确的到cm，钻探到指定层位的误差不大于5 cm。
10.上述滤笼为不锈钢材料，导管为聚四氟乙烯。
11.上述防护材料为膨润土。
12.上述的微泵取样设备可调节流量，流量范围在5-10 l/h。
13.上述原位注入修复试剂包括过生物质炭、纳米零价铁及其复合材料、过硫酸盐或芬顿试剂。
14.上述便携式水质参数仪监测测定氧化还原电位、ph和溶解氧。
15.上述污染物包括六价铬、氯代烃、多环芳烃或苯系物。
16.根据地下水颜色和氧化还原电位的改变判断修复情况，若地下水颜色、氧化还原电位改变则表明修复开始，氧化还原电位稳定后向反方向变化则表明修复材料消耗完全。
17.有益效果： (1)本发明不需要建井，极大地节省了费用和时间，据统计，建一口20 m井需要的费用约为1万元人民币，时间为2-5小时，本发明采用直接嵌入式安装，费用小于0.1万元，时间小于1小时。同时，不建井的措施减少了对地下水的扰动以及可能带来的二次污染。(2)本发明将监测装置预先安装到特定层位，对地下水监测原位无扰动，监测的地下水污染可精确到厘米，同时，可实现永久原位监测，洗井水量少，节省了费用和时间，减少了废水的产生，在原位取样中具有较大的潜力，为地下水原位取样提供了便捷的方法。 (3)本发明可实时监测原位化学修复过程，可实时调控修复材料用量，避免材料浪费和过度修复。(4)本发明操作简单、判断方法科学、无扰动，只需要比较反应前与稳定后的地下水理化性质，即获取地下水修复实时信息。
18.附图说明
19.图1为地下水原位取样和化学修复过程监测示意图；图2为不同监测方式对氯代烃污染地下水修复过程监测结果。图中无扰动取样监测采用的是本方法实施的，快速精准地反应了地下水中三氯乙烯浓度的变化，而建井取样监测是材料与水混合区域，难以实时反应实际地下水中三氯乙烯变化。
20.具体实施方式
21.实施例1: 氯代烃污染地下水原位取样与修复过程监测现场实验的目标场地选择天津试剂一厂污染地块，采用的是原位取样后监测。将滤笼、滤网和导管连接好之后，不同层位采用不同颜色导管来区分，检查气密性等参数，滤笼为不锈钢材料，导管为聚四氟乙烯，导管末端为采样端，所述滤网包覆于导管的采样端，滤笼套设于滤网外，通过口径不大于11cm的geoprobe钻机钻孔后，将装置垂直布设到指定孔道中，在滤笼周边定向加入膨润土，并用膨润土固定、覆土、浇筑井台，完成原位监测取样系统的布设。原位取样及修复效果监测包括以下步骤：原位取样主要包括以下步骤：根据已经布设好的导管，将微泵系统与导管连接之后，将微泵另一端与洗样瓶连接，开启微泵，出水之后进行洗井，洗井水量为1-2 l。洗井结束之后，根据需要进行取样，取样的层位分别为地下水的上部（3.5 m）、中部（4.5 m）和下部（5.5 m）（图1）。
22.修复效果监测包括以下步骤：通过直推式和移动水压式两种方式将纳米零价铁或纳米零价铁和生物质炭复合材料浆液注入到地下水。直推式注射是通过geoprobe钻机完
成，水压式注射是通过packer体系将混合浆液注射到大口径地下水监测井，两种注射方式的注射深度都分别为含水层的上部（3.5 m）、中部（4.5 m）和下部（5.5 m）。注射后实施多层位微泵监测取样，取样深度为含水层的上部（3.5 m）、中部（4.5 m）和下部（5.5 m），取样后，采用便携式水质参数仪检测ph、氧化还原电位及溶解氧的变化，当相关参数开始剧烈变化时，如注射纳米零价铁材料后，监测区域的ph显著上升，氧化还原电位和溶解氧显著降低，表明该区域修复的开始。当该区域相关参数稳定后并向相反方向变化时，表明修复材料的耗尽或修复终止。为了进一步研究原位监测和建井监测的区别，分别采用本方法（无扰动取样监测井）和建井监测井取样（图2），结果显示，无扰动取样监测井很好地反应了地下水原位氯代烃修复过程、材料扩散及扩散区域的修复效果，而建井监测井由于有材料的存在，检测的氯代烃浓度显著偏低，且不同井之间差异很大，其结果只能反映注射区域的修复效果，难以原位反映试剂扩散区域的修复效果。
23.实施例2: 六价铬污染地下水原位取样与修复过程监测现场实验的目标场地为典型六价铬污染地块，采用的是原位取样后监测，同实施例1。将不锈钢滤网和聚四氟乙烯导管连接，不同层位采用不同颜色导管来区分，检查气密性等参数，通过geoprobe钻机钻孔后，将装置垂直布设到指定孔道中，膨润土等固定、覆土、浇筑井台，完成原位监测取样系统的布设。原位取样及修复效果监测包括以下步骤：原位取样主要包括以下步骤：根据已经布设好的导管，将微泵系统与导管连接之后，将微泵另一端与洗样瓶连接，开启微泵，出水之后进行洗井，根据取样头布设的间距确定洗井水量，洗井水量为1-2 l之间。洗井结束之后，采用微泵进行原位取样，取样的层位分别为含水层的上部、中部和下部，取样后进行现场快速检测以及实验室送样检测。
24.修复效果监测包括以下步骤：通过直推式纳米零价铁或纳米零价铁和生物体复合材料浆液注入到地下水。注射是通过geoprobe钻机完成，注射深度分别为含水层的上部、中部和下部。在注射之后，布设微泵监测进行多层位取样，微泵分层取样布设深度为含水层的上部、中部和下部。根据原位取样的步骤连接好装置后，根据项目需要，间隔一定时间取样，取样后，采用便携式水质参数仪检测ph、氧化还原电位及溶解氧的变化，当地下水黄色开始退去，黑色逐渐上升时，表明该区域修复的开始，随后，监测区域的ph显著上升，氧化还原电位和溶解氧降低到一定程度后，并开始向相反方向变化时，表明修复材料的耗尽或阶段性修复终止。
25.实施例3: 苯系物、多环芳烃等污染地下水原位取样与修复过程监测现场实验的目标场地为典型苯系物或多环芳烃污染地块，同实施例1，将不锈钢滤网和聚四氟乙烯导管连接好之后，不同层位采用不同颜色导管来区分，检查气密性等参数，根据场地监测的需求，通过geoprobe钻机钻孔后，将装置垂直布设到指定孔道中，膨润土等固定、覆土、浇筑井台，完成原位监测取样系统的布设。原位取样及修复效果监测包括以下步骤：原位取样主要包括以下步骤：根据已经布设好的导管，将微泵系统与导管连接之后，将微泵另外一端与洗样瓶相连接，开启微泵，出水之后，根据取样头布设的间距确定洗井水量，一般在1-2 l之间。洗井结束之后，根据需要进行取样。
26.修复效果监测包括以下步骤：通过移动水压式注射装置将过硫酸盐或芬顿试剂注入到地下水。水压式注射是通过packer体系将混合浆液注射到大口径地下水监测井，注射深度分别为含水层的上部、中部和下部。在注射之后，布设微泵监测进行多层位取样，微泵分层取样布设深度为含水层的上部、中部和下部。根据原位取样的步骤连接好装置后，根据项目需要，间隔一定时间取样，取样后，采用便携式水质参数仪检测ph、氧化还原电位及溶解氧的变化，当监测区域的ph显著降低，氧化还原电位显著增加时，表明该区域修复的开始。当该区域相关参数稳定后并向相反方向变化时，表明修复材料的耗尽或阶段性修复终止。
27.以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。