地下水環境狀況調查中樣品采集工作技術要求

馬寶強,王 瀟,王彩彩,羅英福,劉德玉

(1.甘肅省生態環境科學設計研究院,甘肅 蘭州 730020;2.甘肅省土壤環境保護與污染防治工程研究中心,甘肅 蘭州 730020;3.甘肅省地質礦產勘查開發局,甘肅 蘭州 730000)

地下水是水資源的重要組成部分,在全球變暖、極端干旱等氣候變化的背景條件下,其作為保障飲用水水資源安全的重要性越來越凸顯。為確保地下水資源符合飲用水等相關水質要求,需定期組織開展地下水環境狀況調查工作,及時掌握地下水環境質量現狀以及污染狀況。影響地下水環境狀況調查評估工作質量的關鍵主要在于重點調查對象的確定、地下水環境調查、采樣點位布設、現場樣品采集以及實驗室分析測試和質量控制措施等幾方面內容,其中野外現場樣品采集是一項非常重要但往往比較容易忽視的工作。本文主要基于相關技術指南、規范要求,結合甘肅省歷次地下水基礎環境調查評估工作經驗,主要針對地下水樣品采集重點工作內容及關鍵技術要求作了全面的總結梳理,旨在為其他地區做好地下水環境狀況調查工作或開展類似工作提供借鑒。

1 采樣設備選擇

地下水采樣設備是獲取高質量地下水樣品的關鍵,不同采樣設備的差異會影響樣品的真實性和準確性[1]。目前,比較常用的地下水采樣設備主要有貝勒管、潛水泵、低流速氣囊泵等類型[2-3],其中貝勒管為人工采樣設備,潛水泵、低流速氣囊泵為機械采樣設備。在現場開展地下水采樣時,應根據不同監測要求和現場采樣條件選擇適宜的采樣方法和設備。

1.1 貝勒管

貝勒管是一種應用廣泛的敞口式地下水采樣工具,不僅經濟便攜,而且操作簡單,在規范清洗的前提下,可以重復使用,性價比較高。同時由于其具有直徑小的特點,因此更便于采集窄口徑的監測井水樣。貝勒管材質通常分為聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE),兩種材質性質均穩定,對地下水采樣不會造成新污染,但是貝勒管采樣難度容易受到采樣深度的影響,對于深井采樣以及需要采集較大量水樣的情況,其采樣往往比較費時費力。

1.2 潛水泵

潛水泵是一種重要的抽水工具,適用于從不同井深和不同井徑抽取地下水。根據地下水現場采樣條件,可選擇不同流量、揚程和口徑的潛水泵。潛水泵流速一般在15～500 L/min之間,揚程一般小于500 m,通常適用于針對監測井、水源井、灌溉井等不同類型的采樣井獲取一定深度的大部分地下水樣品[4],但采樣需攜帶發電機或外接電源,不易便攜。在采集揮發性有機物、半揮發性有機物等特殊監測指標時,需在排水口安裝流量控制閥。此外,潛水泵采樣需根據實際條件控制流速,流速過大易導致井內水位降幅過大或出現快速抽干的問題。

1.3 低流速氣囊泵

低流速氣囊泵是一種低擾動式的地下水采樣設備,采樣過程不會產生曝氣和交叉污染,且能減少水樣混濁度和井內水位的大幅下降,因此適用于各類監測指標的采樣,尤其適合揮發性有機物和半揮發性有機物等特殊監測指標的現場采樣。在采集揮發性有機物等指標時,需將水流速度控制在0.1～0.5 L/min以內[5]。然而,氣囊泵也存在一定的局限性,由于動力小,因此不適用于水位埋深偏大的監測井取樣。

1.4 其他設備

除以上3中常用地下水采樣設備以外,還有氣提泵、離心泵、慣性泵、蠕動泵和packer分層采樣技術[6]等采樣設備或方法,針對不同采樣條件,它們都具有各自的優點及適用性[7],其中packer分層采樣技術可以實現對特定目標含水層的特定深度開展地下水分層采樣。

2 采樣工作準備

2.1 制定采樣方案

在采樣之前,采樣單位應制定詳細的采樣工作方案,明確采樣負責人和采樣人員,壓實責任分工,做好采樣準備工作,提前對采樣人員開展相關技術培訓,熟練掌握采樣各環節操作方法以及技術要求。采樣工作方案主要包括采樣時間安排、人員分工、點位布設情況、樣品采集數量、監測指標、采集方法以及樣品采集、保存、流轉等環節的技術要求和樣品采集內部質量控制措施等重點內容,同時在制定采樣工作方案的過程中,應與樣品分析測試單位加強溝通,確保樣品采集、保存方式等滿足檢測實驗室分析測試的要求。

2.2 準備采樣器具

采樣前,應查閱相關技術規范要求,且要與檢測實驗室做好溝通,準備好采樣容器和現場檢測儀器。采樣容器應符合規范要求,確保性能正?！，F場檢測儀器主要為多參數水質檢測設備,在采樣前,應做好設備校正工作,確保監測數據誤差在合理范圍內。同時要根據現場采樣條件,準備好洗井以及采樣設備等工具。

2.3 篩選采樣點位

地下水采樣點位與地表水明顯不同,只能在建有監測井或泉水出露的地點采樣,應盡可能選擇專業的地下水環境監測井。為準確識別污染源的污染擴散情況和便于后期開展污染狀況評價,應在污染源的上下游以及兩側位置選擇適宜的監測井進行采樣,當現有采樣點位不能滿足本次采樣要求時,應委托正規的水文地質鉆探單位按照相關技術規范要求建設專業的地下水環境監測井。此外,當在枯水期開展地下水環境狀況調查時,若發現調查區域內無地下水存在時,應在豐水期再次開展地下水水位測量,若存在地下水,則應該開展地下水補充采樣工作,當豐水期也無地下水存在時,則應選擇在合理位置分層采集深層土壤樣品,采樣孔深度原則不超過[8]15 m,若周邊存在地表水體等敏感點時,還應采集地表水樣。

2.4 測量水位、井深

采集地下水樣品前,應先測量水位和井深。采用測繩等手工法測量地下水水位時,當連續兩次靜水位測量數值之差不大于±1 cm/10 m時,則測量合格,否則需要重新測量。每次測量水位時,應調查并記錄監測井是否抽過水,以及是否受到附近開采井的抽水影響。

2.5 洗井作業

地下水采樣前需進行洗井,一般當洗井抽出水量為井管內水體積的3～5倍時[9-10],可結束洗井。此外,可以使用便攜式水質檢測儀對抽出水的pH、電導率、濁度等水質參數進行現場快速測試分析,檢測頻率每次間隔[11]5 min,當pH連續三次測定的變化在±0.1以內,電導率連續三次測定的變化在±10%以內、濁度小于或等于10 NTU時或者當濁度連續三次測定的變化在±10%以內,則可以結束洗井。此外,洗井作業原則應確保井口出水達到水清砂凈為止。

3 采樣技術要求

3.1 采樣容器

根據各類指標的理化性質,采樣容器主要包括玻璃瓶、塑料瓶(材質主要為聚乙烯)兩類,其中玻璃瓶包括硬質玻璃瓶、VOA棕色玻璃瓶、棕色玻璃瓶。硬質玻璃瓶通常用以采集重金屬、普通無機物指標;VOA棕色玻璃瓶為專門用以采集揮發性有機物的玻璃瓶;棕色玻璃瓶通常用以采集半揮發性有機物、硫化物指標;塑料瓶通常用以采集普通無機物指標;細菌類指標通常用滅菌袋或滅菌瓶采集。此外,為保障樣品運輸過程安全,在與檢測實驗室溝通的前提條件下,可采用專門塑料袋采集部分一般指標和普通無機物等指標。選擇的采樣容器應滿足4個條件:(1)質量符合采樣要求,不會引發新污染;(2)容器壁不應吸收或吸附某些待測組分;(3)容器不應與待測組分發生反應;(4)能嚴密封口,且易于開啟,保證水樣不外溢、不揮發。

3.2 采樣順序

《地下水質量標準》(GB/T 14848-2017)中的地下水監測指標共為93項,其中常規指標39項、非常規指標54項,除氣溫、水溫、pH、電導率、氧化還原電位、溶解氧、渾濁度、色、嗅和味、肉眼可見物等10項指標為現場測試指標以外,其他指標在采樣過程中,應根據各類指標的理化性質及其保存要求,按照相關技術規范要求進行采樣。根據《地下水環境監測技術規范》(HJ 164-2020)及相關文獻[12],通常地下水各類監測指標應當按照揮發性有機物、半揮發性有機物、穩定有機物、微生物、重金屬、普通無機物和放射性的順序采集,各類指標具體分類及采樣順序詳見表1所示。

3.3 樣品保存

樣品采集后,應根據各類監測指標的保存條件,添加符合規范要求或檢測實驗室要求的保存劑,各類指標的保存劑添加情況具體如表1所示。為避免樣品檢測誤差,保存劑應確保為不含其他雜質的超純化學試劑。同時需要冷藏的監測指標在采樣現場應專門儲存在保溫箱內,且需內置冰凍藍冰或具有其他保溫條件,確保恒溫保存。根據保存期限的不同,各類指標一般可分為時效性樣品和非時效性樣品,時效性樣品主要包括總大腸菌群、菌落總數、揮發性酚類、氰化物,其中總大腸菌群、菌落總數要求在4 h內送至實驗室檢測,揮發性酚類、氰化物要求在24 h內送至實驗室監測。

3.4 采樣記錄

地下水采樣應現場記錄采樣井位置、地理坐標、成井深度、井徑、井的結構、水位埋深、井的用途、保護現狀等基礎信息,同時應對采樣時間、監測指標、采樣方法、保存方法等做好記錄[14]。

3.5 樣品標簽

地下水采樣過程中,為便于采樣人員清點樣品和實驗室檢測人員快速識別樣品,應在采樣瓶中粘貼采樣標簽。采樣標簽內容一般應包括采樣編號、采樣日期、采樣人員姓名、采樣單位、監測指標、樣品保存方法等內容。

3.6 采樣注意事項

樣品采集是非常關鍵的環節,若采樣方法選擇不當,很容易造成人為操作誤差,且采樣誤差有可能遠大于實驗室分析測試誤差,因此采樣過程中應嚴格按照相關技術規范要求操作。應重點注意幾方面關鍵事項:(1)采樣人員應全程佩戴手套、口罩等防護用品;(2)地下水采樣原則要采集清澈的瞬時水樣,若水樣渾濁應進一步洗井,確保采樣井出水保持水清砂凈;(3)為能夠獲取反映含水層水質現狀的真實水樣,需做好洗井工作,確保采集來自井管四周含水層的新鮮水樣;(4)樣品采集各關鍵環節應留存照片、視頻、文本等記錄資料,以備質量審核和抽查;(5)揮發性有機物和半揮發性有機物的采樣應優先使用氣囊泵或低流量潛水泵,將水流速度控制在0.1～0.5 L/min,且采集水樣必須注滿采樣容器,上部不留空隙或氣泡[5,9-10],若采用貝勒管采集樣品時,應在貝勒管下端出水口安裝流量控制閥調節流速;(6)采樣完成后,應立即將采樣瓶或采樣袋蓋緊、密封,貼好標簽,同時做好樣品清點工作,若有錯誤或漏采,應立即重新采樣或補充采樣。

4 樣品采集質量控制

采樣工作需嚴格按照樣品采集質控工作要求執行。質控人員應對樣品采集過程及采樣質量按照一定比例開展全過程質量檢查,若發現質量問題,應及時反饋給采樣單位予以整改落實。采樣質量檢查主要包括資料檢查和現場檢查[15],其中省級、國家級資料檢查抽查比例分別不應低于30%、10%;省級、國家級現場檢查抽查比例分別不應低于10%、5%。在正式開始采樣前,質控單位應督促采樣單位對采樣器具按照3%的比例進行質量抽查,抽查合格后方可使用;同時要對保存劑的純度和等級進行檢驗,保證其質量不會影響樣品本身測試精度。為加強采樣質量控制,項目內部質控和外部質控在樣品采集現場需采集平行樣、運輸空白、全程序空白樣等質控樣品,每批次質控樣品采集比例應不少于10%,若每批次樣品數量較少,應至少采集1個現場平行樣和全程序空白樣。此外,還可以在每批次樣品中加入密碼樣或盲樣,促進實驗室提高分析檢測質量。

5 結語

(1)地下水采樣設備主要包括貝勒管、潛水泵、低流速氣囊泵等類型,應根據水質監測要求和現場采樣條件,選擇適用的采樣設備,避免采樣設備選擇不當造成采樣誤差。

(2)地下水樣品采集工作開展之前,應做好充分準備工作。為確保采樣工作有序進行,應制定具體的采樣方案,準備好采樣器具,在篩選適宜采樣點位的前提條件下,測量采樣井水位、井深,并按照相關技術規范要求做好洗井工作。

(3)地下水采樣關鍵技術要求方面,要注重采樣容器的選擇,根據各類指標的采樣順序、保存方法進行樣品采集和保存,同時要做好采樣記錄,按照要求粘貼采樣標簽。此外,為確保樣品采集質量,應做好樣品采集質量控制措施。