地下水修复地下水环境监测与场调之被动式（无需洗井）地下水取样器

查看全部 · 发表于 2021-3-28 20:31:06

最广义的被动取样是指依靠污染物分子从自然介质自由流动进入取样器的任何方法。采样器内采集样品的接受相有可能是溶剂（例如水）、化学试剂或多孔吸附剂（活性炭）。被动式取样器有多种不同的设计，不过大多数在取样介质与取样器之间都一道屏，后者限制了污染物浓度进入取样器的速率，即采集速度，并可以用来选择性地允许或限制化学物进入取样器。

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以下三种被动（无需洗井）取样器比较常见：

“抓取式”取样器
“扩散式”取样器
“累积式”取样器
所有这些取样器都布置到监测井中的筛网段所需要取样的深度，或是无井管的钻孔中部署，从而获取不同独立深度的样本，并在取样过程中不使用泵抽和洗井。多数情况下还可以取样时叠加取样器以取得多个深度的样本。

“抓取式”取样器（Grab Sampler）用于在部署深度上获取的地下水样品（点采样）。这类取样器一般将被下放至采样深度，通过触发井头的开关（Snap™、Discrete Interval、Kemmerer）使取样器闭合，完成样品的截取。它们可以有效地采集任何类型的化学物种。

依靠分析物的扩散现象，使取样器采集的样品浓度与井水中的实际浓度之间达到平衡。在取样器部署期间的后半段时间里，取样器是要根据取样点的条件来进行时间加权的，加权的程度取决于分析物和装置特定的扩散速率。取样器所需的平衡时间（进样时间）短则数日，长达数周，具体视所涉污染物而定。扩散式取样器的用途不如抓取式取样器那么广泛，因为它们一般不是对所有化学品类别都有效。不过它们跟抓取式取样器一样可以在监测井筛网或基岩钻孔内叠加以获取多个深度的样品。而抓取式取样器也可以通过延长部署时间，待监测井恢复无扰动的情况时，取样器内外分析物浓度达到平衡状态，进行采样。

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图：被动式取样器（抓取式, snap sampler）

在部署期间将具体化学物截留下来。分析物被截留在、或是吸附在合适的介质中，后者有可能是某种溶液、化学试剂或多孔吸附剂，因而它们取得的是与取样介质接触的化学品总值，之后这一总值可以换算为时间加权的平均浓度。截留机制使得这类装置能够达到极低的检测限。

扩散式和累积式取样器都要依靠液体渗过或是扩散进入取样器内。这一扩散过程是专门针对特定化学分析物和针对性的透膜材料。对于扩散式取样器，这样的取样速度会影响到它们需要部署多长时间才能让取样器液体与周边水体中的污染物浓度达到平衡。对于累积式取样器，采样速率用于把采样介质中取得的总浓度换算到水中的平均浓度。许多分析物和透膜的采样速率在文献中都有记载，对于没有记在的分析物和透膜，则必须在实验室中通过实验来判定它们的采样速度。要注意累积式取样器与扩散式取样器一样有可能至少需要部署好些天才能算出准确的平均浓度。

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图：积累式取样器

假设条件与一些限制

一切类型的被动取样器在井中的使用效果都取决于一项重要的假设条件，那就是地下水流体水平流过井中的筛网，而且这些水能代表与筛网直接相邻的含水层中地下水的水质。

但这些假设条件并非始终都能满足，比如在用于含水层异质性研究的监测井中，筛网段相当长（至少3米）的井中尤其如此。一些科学家提出，是否使用被动取样器的决定应当依据现场观测井的具体条件来作出，并强调务在筛网长度大约为或超过3米的井中要同时判明污染物的纵向分布情况以及是否有可能出现钻孔内的污染物运移。只有判明这两项参数才能正确解读分析数据。

生物结垢的可能性也是根据现场实际条件来判断的。监测中，针对这点的假设就是生物结垢的可能性仅在最低限度内。不过在全面部署之前，或许最好验证一下这项假设条件。扩散式取样器的生物结垢（破坏膜介质）或许会使之无法达到平衡状态，甚至还有可能破坏取样器的完好性（例如再生纤维素滤膜取样器就会受到细菌的侵蚀）。除非采取应对措施，比如使用复合物（PRCs），否则累积式取样器的生物结垢就有可能影响采样速率（这是将分析结果换算成时间加权平均数所必需的参数），从而让取样数据的数值失效。科学家建议仅在已经完成明确的场地调查并有具体结果的场地内可以使用扩散式取样器。

此外，被动式采样器由于设计小巧，其采样的速率较低，因此一次采样获得的样品量是有限的，比采样泵类的采样器比不算优势。但可以通过几个采样器的堆叠，使用较大型号的采样瓶，以及更好的实验室分析管理，来解决这一潜在问题。

固定式采样：

地下水监测需要避免不同监测井间的交叉污染。因此，大多数情况下，地下水采样步骤有着严格的质量控制措施，包括了采样设备的清洗，耗材的（比如，不同的井用不同的管线）使用，来避免交叉污染的发生。很多监测项目要求不同的监测井，需要用专门的采样器或采样管线，即固定式采样。地下水采样泵可以胜任固定式采样的需求，但采样泵的采购成本更多，被动式采样器因为其低廉的性价比，和采样过程中对样品存在极低的扰动性，逐渐被广泛接受。