监测孔可用来采集地下水水样,并获取水位资料,监测孔的各个设计要素必须以不改变水样的水质为前提。对场地污染物化学性质与地质构造的了解,在钻进技术和成井材料的选择方面起着主要的作用。
监测孔的直径大小一般取决于获取地下水水样的设备(提桶、水泵等)的尺寸。在高渗透性的岩层中,含水层有能力提供大量的地下水。然而,在严重缺水区布设监测孔时,如果井的直径非常大,在低渗透性岩层中大量抽取地下水将会产生水量不足的问题。此外,当地下水被有害液体废物污染时,抽取地下水进行处理需要大口径孔。因此,从安全和处理费用的角度来看,都应尽量使监测阶段抽取的地下水量最小化。鉴于以上原因,监测孔成井技术规程规定井径的标准通常为50 mm。如果监测工作完成后,还需要继续进行地下水及污染土壤的处理时,可以将大口径的监测孔用作抽水井,以抽取被污染地下水进行处理。另外,由于大口径井具有更高的强度,它们常被用于深井监测。
监测孔成井材料的类型对于所采集水样的水质有明显的影响。因而,成井材料应不吸收或过滤水样中的化学组分,且不应影响水样的代表性。通常所用成井材料的类型包括如下几种。
(1)聚氯乙烯
由于聚氯乙烯(PVC)材料非常便宜,且易于处理,因此广泛地应用于套管与水井过滤器的制造。聚氯乙烯在一般环境里不发生化学反应。然而,当聚氯乙烯与低分子酮、乙醛及氯化物溶液直接接触时,将会发生变质现象。一般来说,当溶液中的有机物含量增加的时候,将会对聚氯乙烯造成直接的破坏或发生吸收作用。
(2)聚四氟乙烯
聚四氟乙烯被认为是化学性质最不活泼的成井材料。但由于其价格昂贵,所以只在不允许任何化学扰动的情况下使用。
(3)电镀套管
电镀套管的性能要优于聚氯乙烯材料,这是由于电镀套管对于有机化合物来说是惰性的,而且在岩层中也更为经久耐用。电镀套管的电镀膜还可以防止生锈。但需要明确的是,电镀套管会增加地下水中铁、锰、锌、镉等元素的浓度。由于铁、锰浓度的增加,水样中污染物的浓度可能也会增加。因此,在监测地下水中的重金属污染时,采用聚氯乙烯做成井材料更为适合。
(4)不锈钢套管
不锈钢套管在实质上对所有的污染物都是惰性的。然而,在pH值很低的情况下,不锈钢会向地下水中释放铬离子。这将对一些有机污染物的生物降解反应起到催化作用。不锈钢套管的另一个显著缺点是价格太高。
当钻进时采用回转、螺旋等方法时,成型后的钻孔直径要大于监测孔的套管直径,应在监测孔套管和钻孔壁之间充填止水材料(膨润土泥浆、水泥泥浆或膨润土与水泥的混合物等)。下面将对每一种充填材料在使用时的注意事项加以讨论。
(1)膨润土泥浆
膨润土泥浆一般用作钻进泥浆,也可以在成井后用作钻孔密封材料。膨润土的结构为铝硅键通过阳离子桥而联系起来。膨润土具有很强的铁离子交换能力,当作为密封材料靠近过滤器或监测孔入口时,所采集到的水样的化学组分可能会发生改变。
(2)水泥泥浆
采用回转钻进法成孔并下入套管之后,水泥泥浆用于密封环形套筒。对于地下水来说,水泥的渗透性要大于膨润土,因此水泥有时被认为不适合用作充填材料。然而,水泥是刚性材料,而且极易在监测孔的套管周围形成整体。要注意的是,水泥的不正确使用可能会影响水样的pH值。
(3)膨润土与水泥的混合物
膨润土与水泥的混合物常被用作充填泥浆。混合泥浆的强度略小于纯水泥,渗透性则略大于膨润土。混合物的变异作用有助于加强充填泥浆的结构强度与抗渗透性。
监测孔过滤器的长度及其在地下的埋设深度取决于污染物在饱水带与包气带的性质和监测目的。当对某一用作供水源地的含水层进行监测时,在整个含水岩层的厚度范围内都应安置过滤器。然而,当需要在某一具体的深度区间内取样时,通常采用多个垂向监测点即定深取样(depth—specific sampling)的方式。当地下水的饱水带厚度太大,以致利用长过滤器都不足以进行监测时,这项技术也是非常必要的。
特别需引起注意的是,轻质非水相液体,即密度小于水的液体污染物,将会漂浮在地下水面之上。对这类漂浮污染物进行监测时,过滤器的长度必须扩展到整个地下水饱水带,以便这些轻质液体能够进入监测孔中。过滤器的长度与位置必须与地下水位及其变化幅度相对应。
在一个监测过程中,监测孔的位置与数目和该监测过程的目的密切相关。大多数的溶解性化合物在包气带以垂直迁移为主,一旦到达饱水带以后,就将随着地下水的流动微水平运动。
场地的地质条件、水文地质条件、污染物性质及勘察区域的范围都是确定监测孔的数目及布置方式的因素。当然,场地的地质条件与水文地质条件越复杂,污染物的运动情况也越复杂。勘察区域的范围越大,监测孔的数目应越多 。2100433B