SPOSOBY POBORU PRÓBEK WÓD
PODZIEMNYCH DO ANALIZ FIZYKO-CHEMICZNYCH
POLOWE METODY ANALITYCZNE STOSOWANE W HYDROGEOCHEMII
Ogólne zasady poboru reprezentatywnych
próbek wód podziemnych
O jakości uzyskanych danych hydrogeochemicznych decyduje w bardzo dużym
stopniu zastosowana metodyka opróbowania wód podziemnych. Sposób podejścia
do uzyskania reprezentatywnej próbki zależy także od celu badania:
- ocena trendu zmian jakości w układzie przestrzennym,
- ocena zmian jakości w funkcji czasu.
Ogólnie z tego punktu widzenia należy rozpatrywać:
- reprezentatywność przestrzenną - w sytuacji, gdy analiza wody
podziemnej odnosi się do pojedynczej próbki pobranej z określonej warstwy
wodonośnej z określonego miejsca, zdefiniowanego przedziału głębokości i
w określonym momencie czasu,
- reprezentatywność czasową - łączącą się z taką częstotliwością
opróbowania, która pozwala uchwycić przewidywane zmiany jakości wód podziemnych
nie narażając prowadzącego monitoring na nadmierne koszty. Właściwa ocena
częstotliwości opróbowania wymaga znajomości warunków krążenia i wymiany
wód podziemnych.
W typowych warunkach dla naturalnego strumienia wód podziemnych w utworach
piaszczysto-żwirowych szybkości są niższe od 1 m/d, co oznacza potrzebę
opróbowania płytkich wód podziemnych (0÷10m) co około 6 miesięcy (
tab.1
). Generalnie rzecz biorąc, częstotliwość opróbowania powinna być w każdym
przypadku określana indywidualnie, biorąc pod uwagę warunki hydrogeologiczne
i czas migracji wód.
Technika poboru próbek
Generalną zasadą, którą należy zachować przy poborze próbki wody jest to,
by reprezentowała ona rzeczywisty skład chemiczny wód podziemnych w miejscu
poboru.
W przypadku wód podziemnych miejscem ich poboru mogą być m.in. studnie
wiercone, studnie kopane, otwory obserwacyjne (piezometry), źródła i in.
Metodyka poboru próbek z wyżej wymienionych punktów jest zróżnicowana i
uzależniona od tego, czy dane ujęcie eksploatuje wody w sposób ciągły (dotyczy
studni) oraz jak długi czas upłynął od przerwania poboru wody. W przypadku
studni wierconych metodyka jest uzależniona także od rodzaju pompy w niej
zainstalowanej (głębinowa lub powierzchniowa). Te uwarunkowania związane są
z faktem, iż w miejscu ujęcia wód podziemnych mogą zachodzić procesy chemiczne
zmieniające skład wód.
W przypadku wyboru punktów opróbowania należy dokładnie sprawdzić, czy
w ich konstrukcji nie występują elementy, które mogą doprowadzić do uzyskania
niereprezentatywnej próbki wody. Elementy te powinny zostać usunięte lub
conajmniej opisane w protokole poboru próbki wody. Konstrukcja opróbowywanego
otworu nie może dopuszczać do niekontrolowanego dopływu zanieczyszczeń z
powierzchni terenu lub z sąsiedniej warstwy wodonośnej.
W przypadku otworów, które nie są w sposób ciągły eksploatowane, należy
przed opróbowaniem wód podziemnych usunąć conajmniej dwukrotną objętość słupa
wody stagnującej w studni (miejscu poboru).
Podstawowe sposoby poboru
próbek wód podziemnych (PN-76/C-04620/03, PN-87/C-04632/01-02, PN-88/C-04632/03)
W przypadku studni wierconych możemy mieć do czynienia ze studniami
eksploatowanymi ciągle, okresowo lub nieeksploatowanymi.
Studnie wiercone eksploatowane ciągle opróbowujemy bezpośrednio
z kurka probierczego umieszczonego na rurze eksploatacyjnej odprowadzającej
wodę. W celu oczyszczenia samego kurka i rur oraz usunięcia ewentualnych
osadów i ustabilizowania się składu chemicznego wypływającej wody należy
umożliwić odpływ wody przez conajmniej 10 minut. Nalewanie próbki do odpowiednich
naczyń powinno się odbywać za pomocą wężyka wykonanego z odpornych chemicznie
tworzyw sztucznych. W ten sposób ogranicza się do minimum kontakt próbki
z powietrzem atmosferycznym i tym samym zapobiega się zmianom składu próbki.
Jeśli w trakcie poboru przewiduje się filtrację próbki, wężyk podłącza się
bezpośrednio („on line”) do aparatu filtracyjnego (
rys.1
).
Studnie wiercone eksploatowane okresowo opróbowuje się zależnie
od czasu, jaki upłynął od przerwania eksploatacji. W przypadku studni, która
była ostatnio eksploatowana w czasie krótszym, niż 7 dni przed pobraniem
próbki, należy przeprowadzić oczyszczające pompowanie lub sczerpywanie wody,
które powinno zapewnić conajmniej dwukrotną wymianę wody w studni. Jeżeli
okres, jaki upłynął od przerwania poboru wody ze studni jest dłuższy, niż
7 dni, pompowanie oczyszczające studnię powinno trwać do czasu, gdy trzykrotna
(wykonana w odstępach półgodzinnych) analiza wykaże stałą zawartość wybranych
składników. Minimalny czas pompowania nie powinien być krótszy, niż potrzebny
do dwukrotnej wymiany wody stagnującej w studni.
Studnie wiercone nieeksploatowane lub nowo wykonane opróbowuje się
po uprzednim pompowaniu oczyszczającym, trwającym w zależności od zaleceń
projektu 24 lub 36 godzin.
W studniach i otworach eksploatowanych okresowo lub nieeksploatowanych
bardzo często zdarzają się zanieczyszczenia pływające po powierzchni wody.
Mogą to być również zanieczyszczenia ropopochodnymi. Przed opuszczeniem do
takiego otworu pompki monitoringowej należy rozpoznać stan jego czystości
przez opuszczenie próbnika pozwalającego na pobranie płynu z wierzchniej
warstwy wody. Obecność zanieczyszczeń wymaga ich usunięcia z otworu przed
opuszczeniem pompki. W przeciwnym przypadku pompka może zostać przy opuszczaniu
zanieczyszczona i będzie powodować wtórne zanieczyszczenia kolejno pobieranych
próbek wody.
Studnie kopane, podobnie jak wiercone, mogą być eksploatowane stale,
okresowo lub być nowo wykonane. W pierwszym przypadku należy postępować
jak przy studniach wierconych eksploatowanych ciągle, zaś w dwóch ostatnich
przypadkach przed pobraniem próbki należy przeprowadzić pompowanie oczyszczające.
Wymagana jest całkowita wymiana słupa wody stagnującego w studni.
Otwory obserwacyjne (piezometry) charakteryzują się mniejszymi w
porównaniu do studni kosztami wykonania. Posiadają niewielkie średnice (poniżej
100 mm). Pompowanie można przeprowadzać w tym przypadku specjalnymi pompkami
monitoringowymi przystosowanymi do poboru próbek wody, łyżkami ręcznymi
lub próbnikami. Po dwukrotnej wymianie objętości wody w piezometrze należy
pobrać próbkę próbnikiem lub pompką monitoringową, opuszczając je jednak
do zafiltrowanej części otworu lub tuż ponad górną krawędź filtra, gdzie
w wyniku wymiany napłynęła świeża woda z warstwy wodonośnej.
Naczynia (pojemniki) do
poboru próbek wody
Do poboru próbek stosowane są następujące pojemniki:
- butelki szklane z doszlifowanym korkiem lub nakrętką z podkładką teflonową.
Butelki mogą być wykonane, zależnie od rodzaju analizy, ze szkła specjalnego
”SS” lub szkła zwykłego ”S”,
- butelki z tworzyw sztucznych ze szczelnym zamknięciem: polietylenowe
”PE”, teflonowe ”PTFE”, polipropylenowe ”PPP” itp.
Pojemniki powinny być tak dobrane, aby zapewnić: uniknięcie zanieczyszczeń
próbki składnikami tworzywa, z którego pojemnik jest wykonany, możliwość
mycia i oczyszczania ścian w celu usunięcia powierzchniowych zanieczyszczeń
oraz uniknięcia wzajemnego oddziaływania między składnikami próbki i naczyniem.
Pobrana próbka powinna reprezentować rzeczywisty skład chemiczny wody danej
warstwy wodonośnej w chwili pobrania. Próbka nie może być skażona na skutek
użycia zanieczyszczonych pojemników lub zawierających resztki innej wody,
innych cieczy lub ciał stałych.
Napełnianie pojemnika za pomocą węża z tworzywa sztucznego przeprowadzamy
tak długo, aż uzyskamy kilkukrotną (2÷3 krotną) wymianę wody w pojemniku.
W przypadku, gdy próbkę pobieramy nalewając wodę bezpośrednio do pojemników,
należy trzykrotnie przepłukać naczynie pobieraną wodą.
Naczynie należy całkowicie napełnić pobieraną wodą. Ogranicza to efekt
wstrząsania i napowietrzania jakiemu próbka podlega podczas transportu,
a tym samym zmniejsza to np. zmiany zawartości rozpuszczonego dwutlenku
węgla i pH.
Filtracja próbek
wody w miejscu ich poboru
Dla oceny jakości wód podziemnych stosowane jest zazwyczaj oznaczanie rozpuszczonych
form badanych składników. Dla oznaczenia takich form niezbędne jest przefiltrowanie
próbki wody bezpośrednio przy jej poborze przez filtr membranowy 0,45 µm.
Stosowanie tych filtrów przy filtracji próbek w terenie powoduje, że na
filtrze oprócz zawiesiny zatrzymuje się większość mikroorganizmów co znakomicie
spowalnia procesy biochemiczne w trakcie transportu i przechowywania próbek,
zapobiegając niekorzystnym zmianom składu wody przed jej analizą chemiczną
w laboratorium analitycznym.
Aparat filtracyjny może być jednorazowego użytku lub do użytku wielokrotnego.
W tym drugim przypadku należy pamiętać o jego dokładnym myciu po każdorazowym
użyciu. Same filtry membranowe są jednorazowego użytku.
Utrwalanie, przechowywanie
i transport próbek wody (PN-88/C-04632/04, ISO 5667/3)
Norma polska (PN-88/C-04632/04) i międzynarodowa (ISO 5667/3) podają sposób
utrwalania próbek w odniesieniu do poszczególnych składników (
tab.2
).
Próbki po poborze i ewentualnym utrwaleniu powinny być niezwłocznie dostarczone
do laboratorium i poddane analizie. Generalnie według polskiej normy czas
przechowywania próbek dla większości oznaczanych w wodach składników nie
może być dłuższy niż 48 godzin, nawet jeśli próbka była utrwalona. W przypadku
niektórych składników czas ten nie może przekraczać 12 czy 24 godzin. W
normie ISO dopuszczalny czas przechowywania jest w przypadku większości
składników zdecydowanie dłuższy.
Próbki po poborze powinny być zabezpieczone przed uszkodzeniem, rozlaniem
itp. zwłaszcza podczas transportu. Generalną zasadą jest, aby próbki po
pobraniu i w trakcie transportu były przechowywane w temperaturze niższej
niż wynosiła temperatura pobieranej wody. Zgodnie z obowiązującymi normatywami
próbki należy przechowywać w temperaturze około 4°C.
Bardzo ważnym elementem jest właściwe oznakowanie poszczególnych pojemników
z próbką wody z podaniem sposobu ich utrwalenia oraz zakresem planowanej
analizy.
Uzyskanie wyników analiz wody o dostatecznej pewności wymaga właściwego
postępowania przy opróbowaniu oraz utrwalaniu i obróbce próbek wody w terenie
i w laboratorium oraz w trakcie samej analizy. Szacuje się, że w całości sumy
błędów około 30 % powstaje przy poborze i transporcie próbek do laboratorium.