第四期生态修复沙龙基本信息

    主题:土壤地下水取样监测技术现场示范与研讨     时间:2014年11月19日
    地点:浙江·绍兴

    主办:中国生态修复网

沙龙背景

土壤和地下水现场取样监测及修复中试作为污染场地调查和修复工程的基础工作,相关技术的规范和推广是重中之重。虽然调查取样技术在国外已施行多年并形成了完整的技术体系,但这些技术在国内的适用性及应用仍需进一步评估。提出并形成调查取样技术在中国应用的优化建议,推动国内科研机构和相关修复单位的自主创新能力,并通过引进吸收形成自主创新成套关键技术,对国内土壤和地下水现场取样与监测领域来说迫在眉睫。

由中国生态修复网主办,中国环境科学研究院与中国科学院生态环境研究中心联合主办的以题为“土壤与地下水取样与监测技术现场示范与研讨” 第四期生态修复沙龙活动,将于2014年11月19日在浙江绍兴市举行现场示范与研讨交流活动。本次活动旨在通过现场实际操作演示和交流研讨,力争为我国土壤与地下水取样监测领域形成自主创新成套技术做出贡献。

本期沙龙诚挚邀请各科研院所、管理部门、企事业单位相关专家学者共赴绍兴,共同探讨和交流土壤地下水取样与监测技术,促进行业的健康发展。

成果展示

第四期生态修复沙龙研讨内容为直压技术土壤取样在国内应用中的局限性及存在问题;直压技术地下水取样的样品代表性及法规符合性;土壤气体调查的具体应用及在江浙地区的适用性;直压药剂注射的优势及局限性。

一、直压技术土壤取样

技术简介

双套管连续土壤取样

双套管土壤取样系统用于在钻孔中采集原状连续土样或特定深度土样。外套管保护钻孔,避免塌孔及交叉污染;内钻杆末端连接PVC取样管,放置在外套管中采集土壤样品。同时向下压入外套管和内钻杆,土样被挤入取样管中。取出内钻杆及土壤取样管,便可采集所需土壤样品。

双套管取样系统配有多种取样钻头,适用于粉质粘土、粘土、膨胀性粘土等粘性土层样品采集。另外在钻头上还可加装防漏堵头,以防止松散及软性土壤样品流失,更适用于淤泥、沙土、砂砾土、粉土等土壤样品采集。

活塞式流沙取样

活塞取样器不需要预钻孔,内钻杆、取样管和外套管组合钻进,内钻杆和钻头挤开非取样深度的土层,防止土样进入取样器,最大限度减少交叉污染。活塞取样器也可以加装防漏堵头,防止样品流失。活塞取样器适用于定深取样,以及地下水位以下的饱和沙层取样。

优势:

• 可采集连续或指定深度非扰动土壤样品;

• 双套管取样可以有效避免交叉污染,确保采集样品的质量;

• 小口径钻进工艺大大减少废物产生量,降低受污染废土的处置成本;

• 取样效率高,可达传统工艺的3-5倍。

局限性:

• 钻进深度受限,一般不超过30米;

• 只适用于松散地层,不能在基岩中钻进;

• 在粒径较大的卵砾石层中取样比较困难。

二、直压技术地下水取样与监测

技术简介

直压技术地下水取样包括直接取样 (Point-in-time groundwater sampler)和直压监测井取样(DPT-installed groundwater monitoring well)。直接取样用直压技术将取样设备压入稳定水位以下的疏松层,地下水流通过周围静水压力流入取样设备中。直压技术还可以安装临时监测井或长期监测井,再通过贝勒管、取样泵或其他取样设备来采集地下水。

密封滤管取样 (Sealed-screen sampling)

密封滤管取样使用较短的(6英寸到3英尺)滤水管嵌套在密闭的取样器内。因为滤管不是暴露在外,当取样器钻进到地下时,滤水管不会被堵塞或破坏。密封滤管取样器钻进到目标区域后,向上提拉滤管,滤水管暴露于目标含水层中。地下水水流通过静水压的作用流入到样品槽中。

多含水层取样 (Multi-level sampling)

多含水层取样器的滤管大多是暴露的,可以使用直压设备钻进到不同的含水层中,逐个收集不同含水层中的水样,而不需要把取样器拔出钻孔清洗后再次钻进。多含水层取样器的滤管长度通常在6英寸-3英寸间,可以是滤缝或滤网。取样器继续往下钻进时,滤水管仍然是打开的,这样既可以进行连续取样,也能间歇性取样。

开孔取样 (Open-hole sampling)

开孔取样方法是通过带有钻头的驱动杆钻进到指定深度后取样。到达指定深度后轻轻的外拔钻杆,让钻杆和钻头分离,地下水就可以流入钻孔中,通过贝勒管或取样泵等方式采集水样。这种方法仅适用于坚硬的地层,松较地层容易缩孔或塌孔,影响样品采集。

直压技术安装监测井

暴露滤管监测井安装(Exposed-screen well installation)

暴露监测井安装是通过钻杆将白管 和滤管压入到目标区域。因为在钻进过程中滤管是暴露在地层中,正确的洗井以清除滤缝中土壤非常重要。在受污染区域中或受污染深度以下安装监测井,不推荐使用这种方法。

过滤管暴露式的成井方法最适用于砂层地层中。以细密物质为主的地层如淤泥或粘土,在安装简易监测井时会堵塞滤管。因为安装简易监测井的钻孔孔径很小,甚至井管与地层间基本没有空隙,土层会坍塌到井管周围,因此在取样之前需要洗井。

保护滤管监测井安装 (Protected-screen well installation)

保护滤管监测井安装时,滤管和白管既可以随着钻孔一起安装,也可以钻进到指定深度后再安装。井管安装到指定位置后,就可以拔出钻杆。如果钻孔与井管间有足够空隙,在钻具拔出的过程中,应往空隙中填入滤料和封孔材料。最常见的安装方法是先用带有抛弃式钻头的钻探设备钻进到目标深度,然后把白管和滤管组装好下入钻孔中,并且固定到钻头上。

为了较好的控制滤料的位置和粒径,可以使用预制式(Prepacked)滤管。预制滤管通常由一个PVC滤管和预装的滤料组合而成。滤料常常由不锈钢网线或者聚乙烯材料,固定到滤管上。尽管滤料的厚度仅有0.25到0.5英寸,但实际应用中证明这是有效的滤料填充方式。

具体应用

在美国直接取样技术已经广泛应用于污染场地调查,主要用于确定污染羽边界,识别污染区域,识别污染迁移途径,以及其它重点调查区域。其监测数据的有效性得到广泛认可。

直压监测井技术广泛应用于污染场地调查时的临时监测井,通常用于一段时间内的污染物浓度变化趋势分析。但作为长期监测在大部分州受限制,只有少数州被接受。主要的限制是大部分州所规定的钻孔和井管之间的空隙大小,采用直压技术不能满足。大部分州要求井管和钻孔之间要有不小于2英寸的空隙,这主要是根据传统钻孔技术工艺来规定的,以保证足够的滤料能够安装到位。通过预置井(Prepakced well)技术,直压技术也可以保证滤料和封井材料安装到位。

理想情况下,应结合使用两种直压地下水取样技术进行优化。先采用直接取样技术确定污染羽边界、识别污染区域、识别污染迁移途径以及其它重点调查区域;一旦收集到这些信息,确定安装直压监测井或常规监测井的准确位置,为项目提供最有效的监测数据。

优 势

取样速度更快,有助于决策者现场快速做出决定,进行动态决策;

如果数据量较大时,一般成本更低;

更多的取样设备和取样技术选择,更加灵活便利;

在确定受污染含水层时,可以采集不用深度的地下水样品;

在建立场地概念模型时,更好的进行三维剖面刻画;

产生更少的废弃物,降低废弃物的处理成本。

局限性

不适用于基岩层、卵砾层;

在受污染承压含水层中进行调查时不推荐,可能会导致污染迁移;

钻进深度有限,一般不超过30米;

通常能取到的水样量较少,尤其是在渗透系数较低地层中;

在美国大部分州不允许用于长期监测;

如果没有滤料,可能样品浊度偏高。

国内适用性

目前为止,直压技术在国内主要用于土壤取样,极少用直压技术进行地下水取样。目前国内地下水取样监测主要还是采用传统的监测技术,通过安装监测井再进行取样送实验室进行分析。

目前制定的地下水取样监测规范是基于传统的钻孔技术,已经不能满足现有钻孔取样技术的要求。国内规范主要限制是所规定的井管管径,以及钻孔和井管之间的空隙,采用直压技术不能满足。对于能否不安装监测井直接进行地下水取样,国内规范没有相关说明。

三、直压技术土壤气体调查

主动土壤气体调查(ACTIVE SOIL GAS SURVEY)

技术介绍

主动土壤气体调查通常用于挥发性有机物为主要目标污染物的场地调查。该方法可以快速采集特定深度的土壤气体进行检测。所采集的样品通常进行现场检测,这样可以得到实时数据,指导下一步取样工作。挥发性有机物可以通过土壤气体取样进行直接检测,半挥发性有机物和低挥发性有机物可以通过检测生物降解的副产品(O2, CO2, H2S, CH4)进行间接分析。

通常用直压工具或中空螺旋钻将取样器压入土孔进行取样。大部分取样工具由筛管或取样口组成,直接压入地下或插入钻杆内。通过负压设备,经由塑料(主要为聚乙烯或特氟龙)或金属连接管,将土壤气体抽取到取样容器中。采集的土壤气体样品可以送往实验室进行检测,也可以在现场采用PID、FID,以及场地便携式气相色谱仪进行现场检测。

具体应用

主动土壤气体调查可作为场地环境评价中的重要部分,因为它可以在短时间内提供很多场地信息。主动土壤气体取样可用于:

识别地下储罐泄漏;

识别污染源;

识别包气带(Vadose zone)中挥发性有机物的类型;

指示挥发性有机物和半挥发性有机物污染的程度;

通过监测生物降解指示参数,来确定半挥发性有机物及低挥发有机物的分布;

优化土壤取样和监测井安装的位置;

监测可能的场外污染源;

提供有利于土壤气体抽提及生物通风系统设计所需的参数;

评估气态污染物在室内向上迁移的程度;以及监测修复系统的效率。

主动土壤气体取样的最主要优势是可以获取包气带不同深度位置的污染物浓度及空气渗透性。这些信息有助于了解污染物的三维分布,以及计算污染物向上及向下的迁移。

优 势

样品可以在现场进行分析,“实时”得出分析结果;

每天约可以采集和分析10-30个样品;

可以确定挥发性有机物的污染源及污染范围;

可以通过检测生物降解副产物来推断半挥发性有机物及重油污染。

局限性

样品可以在现场进行分析,“实时”得出分析结果;

每天约可以采集和分析10-30个样品;

可以确定挥发性有机物的污染源及污染范围;

可以通过检测生物降解副产物来推断半挥发性有机物及重油污染。

四、直压技术修复药剂注射

直压技术修复药剂注射

直压技术主要可通过两种方式用于原位药剂注射修复:直压工具直接注射即利用直压药剂注射工具直接进行药剂注射;直压成井注射即利用直压技术安装注射井,通过注射井进行药剂注射。

注射井药剂注射

采用直压技术安装注射井,将含水层中的土层挤开,再安装滤管、连接管以及所需滤料。直压技术安装注射井时需要挤压地层成孔,在某些地层中可能会影响药剂注射效果。为了保证滤料安装效果,可以用预制井安装药剂注射井。

可安装临时注射井或长期注射井,注射井可以用来多次注射药剂。注射井口径通常为1英寸,最大口径可达2英寸。井的安装可以按传统方法利用含水层岩性物质作为天然滤料,也可以选用预装好的石英砂滤料以确保滤料填充完整均匀。

直压工具直接注射

采用直压技术直接把药剂注射到受污染含水层中为常用的修复方法。注射头通过直压设备可以被快速压至目标深度。直压技术药剂注射系统包括3-5英尺长的中空钻杆,钻杆末端有一段割缝管用来把药剂注射到含水层中。割缝管一般长1-3英尺,根据场地需要还可以加长割缝管的长度。钻进到指定深度后拔出套管,露出割缝管。

可选用自下而上和自上而下两种方式注射药剂。自上而下的药剂注射方法是,先将注射头钻进到上层目标注射区域,注射够足量的药剂后,继续钻进注射工具至下一个目标注射区域。自下而上的注射过程正好相反,先将注射头钻进到最底层目标注射区域,完成注射后再将注射头拔至上层目标注射区域。

直压注射系统可以灵活调整药剂注射的深度位置。如有必要可以将修复药剂大量注射到污染较为严重的区域。此外在多次药剂注射中,可以选择不同的注射位置以增强药剂分布的均匀程度,并且减少药剂通过原有注射孔迁移的可能性。

优势

• 提供更加灵活的注射方式

• 机身灵巧,便于进入建筑物内作业

• 成本低

• 方便用于修复多个不同深度的修复层

• 可用来安装永久注射井

• 在不同位置进行后续药剂注射时,不会增加额外的费用

• 在钻进过程中不使用钻井液,并且最大化的减少钻进产生的废土

• 可将专用工具安装到注射系统中以改进注射的均匀性

局限性

• 在注射头附近可能会形成局部密封层

• 滤管可能会粘上泥土,导致注射不均匀

• 与传统注射井相比,直压注射头影响半径较为有限

• 不宜用在坚硬地层、胶结层或砂砾层

• 注射深度受限,一般不超过30米

 

参会单位

来自中国环境科学研究院、环保部南京环境科学研究所、江苏省环境科学研究院、台州市环境科学研究院、温州市环境科学研究院、苏州市环境科学研究所、常州市环境科学研究所工程所、宁波环境科学设计研究院、南京市环境科学研究院、上海市环境工程设计研究院、华中科技大学、浙江大学环境资源学院、北京鼎实环境工程有限公司、北京宜为凯姆环境技术有限公司、北京东方园林股份有限公司、澳实分析检测(ALS)上海有限公司、绍兴益壤环保科技有限公司、杭州大地环保工程有限公司、中新苏州工业园区清城环境发展有限公司、上海市环境工程设计研究院、北京建工环境修复有限责任公司、上海康恒环境股份有限公司、江苏大地益源环境修复有限公司、苏州同和环保工程有限公司、武汉都市环保工程技术股份有限公司、河北煜环环保科技有限公司等35家企事业单位80余位代表参与了本次沙龙活动。

沙龙掠影

 

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