PL191617B1

PL191617B1 - Sposób badania wód gruntowych

Info

Publication number: PL191617B1
Application number: PL329879A
Authority: PL
Inventors: Joerg Dehnert; Klaus Freyer; Wolfgang Nestler; Hanns-Christian Treutler
Original assignee: Ufz Leipzighalle Gmbh
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2006-06-30
Also published as: PL329879A1; US20010019106A1; CZ364798A3; EP0901625A1; AU2954197A; ATE246354T1; CA2254792A1; US6232598B1; CZ294489B6; SK285033B6; EP0901625B1; US6498341B2; WO1997043637A1; HUP9901318A3; DE19780447C1; CA2254792C; SK147398A3; HUP9901318A2

Abstract

1. Sposób badania wód gruntowych, w którym okresla sie optymalny czas odpompowywania wody gruntowej w miejscu jej badania, poprzez pobranie reprezentatywnej próbki do badan i rozróz- nienie wody stojacej od wody gruntowej, znamienny tym, ze prowadzi sie proces ciaglego odpom- powywania wody gruntowej z rury obserwacyjnej w okreslonych odstepach czasu, pobiera sie kolej- ne próbki wody gruntowej, w których mierzy sie stezenie aktywnosci radonu, az do chwili, gdy steze- nie radonu osiagnie stala wartosc, przy czym chwila ta stanowi optymalny czas pobrania reprezenta- tywnej próbki wody gruntowej. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu badania wód gruntowych przez odróżnianie wody gruntowej i wody stojącej przez określanie wartości mierzonych parametrów z miejsca pomiaru wody gruntowej i służy zarówno do oznaczania w trybie bezpośrednim optymalnej chwili pobierania próbek, do oznaczania czasów odpompowywania optymalnych dla reprezentatywnych badań jakościowych oraz do nadzorowania miejsc pomiaru wody gruntowej.

Wynalazek nadaje się do stosowania zwłaszcza przy badaniach jakości wody gruntowej.

Zarówno ochrona wody gruntowej do pozyskiwania wody pitnej jak i sprawdzanie powierzchni podejrzanych o istniejące uprzednio skupiska wody stojącej, ich badanie i naprawianie uszkodzonych miejsc czynią koniecznym uzyskiwanie stale rosnącej liczby próbek wody gruntowej. Aby badać wodę gruntową, wykonywano i nadal będzie się robić rury obserwacji wody gruntowej lub typować miejsca pomiaru wody gruntowej. Równocześnie ulepszano analitykę służącą do oznaczania zanieczyszczeń zawartych w wodzie. Doprowadziło to do wskazania nowych wymagań jakościowych badanej wody gruntowej. Wysokie żądania analityki i poniesione nakłady finansowe wymagają starannego i reprezentatywnego pobierania próbek wody z odpowiedniej głębokości. Warunkiem tego jest prawidłowy wybór miejsca pomiaru, techniki badania i technologii pobierania próbek. Ponadto dla określenia reprezentatywności próbki wody gruntowej miarodajna jest znajomość optymalnego czasu odpompowania. Jeżeli próbka ze względu na zbyt krótki wybrany czas odpompowania zawiera więcej wody stojącej pozyskanej z rury obserwacji wody gruntowej, ocena wyniku analizy może doprowadzić do fałszywych wniosków końcowych. Zbyt długi czas odpompowania może natomiast spowodować pobieranie wody z innego poziomu, co również jest niepożądane. Prawidłowe określenie czasu odpompowania przy użyciu rury obserwacji wody gruntowej jest problemem, który dotychczas nie został całkowicie rozwiązany.

Przed każdym pobraniem próbki z rury obserwacji wody gruntowej woda musi być odpompowana do momentu, aż tłoczona woda będzie miała identyczną charakterystykę z otaczającą wodą gruntową i miejsce pomiaru nie będzie miało na nią wpływu. W tym celu stosuje się odpompowywanie aż do stałej wartości przewodności elektrycznej, temperatury i wartości współczynnika pH. Równocześnie znane jest, że przewodność elektryczna jest tylko wartością orientacyjną. Dalsze znane sposoby są metodami przybliżonymi, jak wielokrotna wymiana zawartości rury. Reasumując można ocenić, że stała wartość przewodności elektrycznej stanowi dziś na ogół pospolite kryterium określania czasu reprezentatywnego pobierania próbek, chociaż o procesach powodujących zmniejszanie się wartości przewodności elektrycznej w rurze obserwacji wody gruntowej wiadomo niewiele.

Niedogodnością tego sposobu jest to, że stała wartość przewodności elektrycznej jest warunkiem koniecznym dla następującego potem pobrania próbki wody, jednakże nie jest ona wystarczająca, ponieważ przewodność elektryczna również przed czasem reprezentatywnego pobierania reprezentatywnych próbek wody może osiągać stałą wartość. Występuje to zwłaszcza wtedy, gdy przed pobieraniem próbki z rury obserwacji wody gruntowej była już wcześniej, przed kilkoma dniami lub tygodniami, pobierana inna próbka. Natomiast koncentracja aktywności radonu może być stosowana jako zadowalające kryterium nawet jeszcze wtedy, gdy pomiędzy dwoma pobraniami próbek jest tylko kilka dni.

Ponadto względna zmiana pomiędzy wartością początkową (woda stojąca) a wartością końcową (woda gruntowa) przy określaniu wartości przewodności z reguły jest wielokrotnie mniejsza niż przy porównywanej koncentracji aktywności radonu, co ułatwia ustalenie optymalnej chwili reprezentatywnego pobierania próbki przy wykorzystywaniu koncentracji aktywności radonu.

Tego rodzaju sposób określania optymalnych czasów odpompowania rur obserwacji wody gruntowej w celu ustalenia optymalnej chwili pobierania próbki znany jest z opisu DE 3911366, gdzie bada się przewodność wody i przy stałej przewodności rozpoczyna się reprezentatywne pobieranie próbki.

Ponadto z opisu DE 42 17 263 znane jest rozwiązanie, przy którym przy pobieraniu próbki bada się również składniki gazowe. Jednakże w przypadku tego rozwiązania chodzi nie o wykorzystywanie gazu do określania chwili pobierania próbki, ale o sposób pobierania próbki gazu analogiczny do pobierania próbki wody gruntowej.

Z Health Physics, wól. 53 (1987) s. 181-186 i z Radioisotopes, wol. 30 (1981) s. 649-654 znane są sposoby mierzenia radonu w powietrzu (strefa nienasycona, powietrze denne) za pomocą sposobu LSC. Powietrze zawierające radon wdmuchuje się w stojącą wodę za pomocą rurki wprowadzającej,

PL 191 617 B1 aby rozpuściło się w wodzie, a potem można ekstrahować je z powrotem z wody za pomocą mieszaniny LSC i badać.

U podstaw wynalazku leży zadanie opracowania sposobu badania wody gruntowej przez rozróżnianie wody gruntowej i wody stojącej oraz określania optymalnego dla reprezentatywnych badań czasu odpompowania rur obserwacji wody gruntowej, który zapewnia przy możliwym do przyjęcia koszcie i dużej dokładności niezawodne i powtarzalne określenie optymalnego czasu odpompowania i zagwarantowanie pewnego oznaczania stosunku wody gruntowej do wody stojącej w próbce wody.

Sposób badania wód gruntowych, w którym określa się optymalny czas odpompowywania wody gruntowej w miejscu jej badania, poprzez pobranie reprezentatywnej próbki do badania i rozróżnienie wody stojącej od wody gruntowej, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że prowadzi się proces ciągłego odpompowywania wody gruntowej z rury obserwacyjnej w określonych odstępach czasu pobiera się kolejne próbki wody gruntowej, w których mierzy się stężenie aktywności radonu, aż do chwili, gdy stężenie radonu osiągnie stałą wartość, przy czym chwila ta stanowi optymalny czas pobrania reprezentatywnej próbki wody gruntowej.

Korzystnie, podczas pomiaru stężenia aktywności radonu mierzy się przewodność elektryczną i/lub wartość pH i/lub temperaturę.

Korzystnie, pomiar stężenia aktywności radonu określa się przez pobranie próbki wody wtłoczonej bez kontaktu z powietrzem do naczynia do pobierania próbki, przy czym w naczyniu do pobierania próbki umieszcza się scyntylator toluenowy, a następnie pod ten scyntylator toluenowy wprowadza się próbkę wody, po czym radon ekstrahuje się przez wstrząsanie naczynia do pobierania próbek, mieszaninę scyntylatora toluenowego odpipetowuje się i napełnia się nią fiolkę, po czym przeprowadza się pomiar zawartości fiolki z użyciem cieczowego spektrometru scyntylacyjnego dla oznaczenia stężenia aktywności radonu.

Korzystnie, przy małych stężeniach aktywności radonu dolewa się mieszaninę i wielokrotnie odpipetowuje się i napełnia się tę samą fiolkę.

Korzystnie, ocenę prawidłowości wyników pomiaru przeprowadza się przez dyskryminację alfa/beta.

Korzystnie, stężenie radonu w chwili pobrania próbki oznacza się przez wielokrotny pomiar, a następnie poprzez analizę regresyjną, z uwzględnieniem okresu połowicznego rozpadu radonu.

Korzystnie, oprócz stężenia aktywności radonu mierzy się stężenie aktywności produktów rozpadu radonu i określa się stężenie aktywności ogólnej.

Korzystnie, prowadzi się ciągły pomiar stężenia aktywności radonu i/lub stężenia aktywności ogólnej.

Korzystnie, stężenie aktywności radonu i/lub stężenie aktywności ogólnej wody gruntowej określa się i ocenia się spektrometrycznie i/lub przez dyfuzję do określonej objętości powietrza lub przez odgazowanie i przez pomiar.

Korzystnie, pomiar spektrometryczny przeprowadza się przez alfa-spektrometryczne oznaczanie radonu i/lub Po-218.

Korzystnie, w przewodzie tłocznym pompy umieszcza się napełniony powietrzem, wykonany z umożliwiającej dyfuzję membrany wąż w postaci wężownicy, w którym radon dyfunduje z wody, a radon zawarty w powietrzu mierzy się bezpośrednio w komorze pomiarowej.

Korzystnie, podczas pomiaru stężenia aktywności radonu i/lub stężenia aktywności ogólnej mierzy się przewodność elektryczną i/lub temperaturę i/lub wartość pH.

Szczególna zaleta wynalazku polega na tym, że określanie optymalnych czasów odpompowania lub optymalnej chwili pobierania próbki przeprowadzane jest z bardzo dużą dokładnością i powtarzalnością, przy czym podczas operacji odpompowania próbki wody pobiera się w określonej kolejności czasowej, w pobranych próbkach mierzy się koncentrację aktywności radonu, a osiągnięcie stałej koncentracji aktywności radonu sygnalizuje optymalny czas do reprezentatywnego pobierania próbek.

Dalsza zaleta wynalazku polega na tym, że określanie parametrów miejsca pomiaru wody gruntowej można przeprowadzać bez zwłoki, przy czym bezpośrednio z badanej wody gruntowej na miejscu określa się i ocenia spektrometrycznie i/lub przez dyfuzję w wodzie albo odgazowanie kolejnego pomiaru koncentrację aktywności radonu.

Wynalazek jest poniżej objaśniony bliżej na podstawie przykładów realizacji przedstawionych częściowo na rysunkach, które przedstawiają:

Figura 1- rozkład koncentracji aktywności radonu przy rurze obserwacji wody gruntowej

Figura 2 - schematyczne zobrazowanie naczynia do pobierania próbek z rurką wprowadzającą

PL 191 617B1

Figura 3 - wykres zmierzonej koncentracji aktywności radonu i przewodności elektrycznej podczas próby odpompowania z pompą tuż poniżej powierzchni wody gruntowej

Figura 4 - wykres zmierzonej koncentracji aktywności radonu i przewodności elektrycznej podczas próby odpompowania z pompą w obszarze filtru.

Jak widać na fig. 1, w rurze do obserwacji wód gruntowych występują trzy różne koncentracje aktywności radonu. Ziarnisty szkielet warstwy wodonośnej wytwarza aktywność podstawową AGWL. Wbudowany żwir filtrujący 1 obcego pochodzenia i o dużej średnicy ziaren wytwarza własną koncentrację aktywności radonu AFilter. Aktywność w rurze 2 obserwacji wód gruntowych jest natomiast zerowa. Przez objętość porów żwiru filtrującego 1 poniżej zamknięcia iłowego 3 i przez filtr 1a rury obserwacji wód gruntowych przepływa woda gruntowa o aktywności AGWL. W zależności od prędkości przepływu wody gruntowej i od wbudowanej ilości żwiru filtrującego 1 aktywność wody gruntowej dominuje również w żwirze filtrującym 1 i we wnętrzu filtru 1a. W niefiltrowanej rurze stojakowej (rurze nasadowej) 2 rury obserwacji wody gruntowej nie powstaje natomiast radon. Aktywność wody w pozbawionej przepływu rurze stojakowej 2 maleje zatem zgodnie z równaniem rozpadu radioaktywnego do wartości zerowej:

A_t= A_ee^-lt gdzie

At = radioaktywność w chwili t

Ae = radioaktywność w równowadze l = stała rozpadu radioaktywnego, lRn = 0,18 d^-1

Oznacza to: Kiedy przez pobieranie próbki w rurze stojakowej 2 pompowana była woda gruntowa o aktywności AGWL, wówczas ze względu na krótki czas połowicznego rozpadu radonu po czasie stania 26 dni może być mierzona jeszcze tylko aktywność 1% wartości początkowej. Radon jest zatem idealnym parametrem do oznaczania udziału wody stojącej w próbce wody gruntowej. Jeżeli mierzy się koncentrację aktywności radonu wypompowanej wody, to zaczyna się ona od zera i zbliża się zależnie od stosunku zmieszania wody gruntowej i wody stojącej do stałej wartości. Na podstawie takiej krzywej można dokładnie określić chwilę pobrania reprezentatywnej próbki w funkcji objętości wymiany rury obserwacji wód gruntowych. Przy wszystkich badaniach wód gruntowych przy odpompowywaniu trzeba oddzielnie ocenić obie możliwości różnego zamontowania pompy w obszarze filtru lub bezpośrednio poniżej powierzchni wody gruntowej. Możliwe jest zamontowanie pompy 4 jeden metr poniżej górnej krawędzi filtru lub w środku filtru, albo przy głębszych rurach obserwacji wód gruntowych i braku koniecznej do tego techniki pompowania zamontowanie pompy 4 jeden metr poniżej powierzchni wody gruntowej.

Radon jest radioaktywnym gazem szlachetnym i ma trzy izotopy o liczbach masowych 219, 220 238 232 235 i 222. Wchodzą one w skład naturalnego szeregu rozpadu ²³⁸U, ²³²Th i ²³⁵U. O istnieniu i rozpowszechnieniu tych trzech izotopów radonu w wodzie decydują ich czasy połowicznego rozpadu. Jeżeli są one za krótkie, wówczas izotopy ulegają rozpadowi w miejscu swego powstania. Przykładowo to220 219 ron (²²⁰Rn) o czasie połowicznego rozpadu 56 s i aktynon (²¹⁹Rn) o czasie połowicznego rozpadu 4s w nieznacznym stopniu przedostają się do ruchomej fazy ciekłej lub nie przedostają się w ogóle. Radon 222 o czasie połowicznego rozpadu 3,8 d i jego produkty rozpadu są zatem głównymi źródłami naturalnego obciążenia promieniotwórczego wody gruntowej. Radon 222 (dalej zwany radonem) powstaje z radu 226, będącego produktem rozpadu ²³⁸U. Produktami rozpadu radonu są izotopy polonu, 214 bizmutu i ołowiu. Rozpad radonu aż do ²¹⁴Po następuje przez trzy rozpady alfa i dwa rozpady beta. Równowaga pomiędzy radonem a jego produktami rozpadu jest osiągana po około trzech godzinach. Radon wydostaje się zwłaszcza na skutek efektu odrzutu przy rozpadzie alfa ze skał litych i luźnych lub dostaje się do fazy ciekłej przez dyfuzję na powierzchni ziaren. Następuje ograniczony przez krótki czas połowicznego rozpadu proces transportu przez dyfuzję i przepływ wody gruntowej (migracja). Ziarnisty szkielet warstwy wodonośnej wytwarza nieprzerwanie radon i oddaje go fazie ciekłej. Stopień emanacji skał luźnych zależy obok stężenia izotopu radu 226 również od wielkości ziaren i od kształtu powierzchni ziarna. Koncentracje aktywności radonu w wodzie gruntowej są przy tym skorelowane z umiejscowieniem warstwy wodonośnej.

Poniżej zostanie bliżej opisane przedstawione na fig. 2 naczynie 5 do pobierania próbek oraz technologia pomiarów.

Naczynie 5 do pobierania próbek jest wykonane tak, że przy napełnianiu i przy późniejszym transporcie bardzo ruchliwy radon nie może uchodzić. Przede wszystkim próbka wody nie może styPL 191 617 B1 kać się z powietrzem. Realizuje się zatem bezturbulencyjne wprowadzanie bez kontaktu z powietrzem pod mieszaninę 14 pływającą na próbce 11 wody gruntowej przy napełnianiu naczynia 5 do pobierania próbek. Aby to zapewnić rurka wprowadzająca 6 ze szlifowanym rdzeniem jest umieszczona w nasadce 9, która ma również rurkę odpowietrzającą 10, przy czym rurka wprowadzająca 6 przebiega do wnętrza naczynia 5 do pobierania próbek aż do miejsca tuż nad dnem 7 tego naczynia do pobierania próbek, a koniec rurki wprowadzającej 6 jest usytuowany poniżej powierzchni scyntylatora toluenowego. Na początku pobierania próbki naczynie 5 do pobierania próbek trzyma się ukośnie w taki sposób, że mieszanina 14 gromadzi się przy końcu rurki wprowadzającej 6 i wystarczające przykrycie dopływającej próbki wody gruntowej zapewnione jest nawet podczas początkowych turbulencji. Objętość próbki wynosi w przedstawionym przykładzie wykonania 1 litr. Po pobraniu próbki rurkę wprowadzającą 6 wyjmuje się z naczynia 5 do pobierania próbek i to naczynie 5 do pobierania próbek zamyka się na stałe korkiem z polietylenu. Dodatkowo pomiędzy korkiem a szyjką 5a umieszcza się uszczelki z teflonu. Ze względu na wielokrotnie większą w stosunku do wody rozpuszczalność radonu w scyntylatorze toluenowym mieszanina 14 pływająca w wąskiej szyjce 5a naczynia 5 do pobierania próbek tworzy pewną ochronę przed stratami radonu przy transporcie próbki.

Aby uniknąć strat radonu już przy pobieraniu próbki, a równocześnie stworzyć obiektywne warunki pobierania próbek, nasadka 9 z rurką odpowietrzającą 10 oraz rurka doprowadzająca 6 ze szlifowanym rdzeniem są wykonane ze szkła. Mieszanina 14 jest doprowadzana do naczynia 5 do pobierania próbek już przed pobieraniem próbki, a próbka 11 wody gruntowej jest wprowadzana pod spód za pomocą rurki doprowadzającej 6. Przy stosowaniu podwodnej pompy 4 próbka 11 wody gruntowej jest bez kontaktu z powietrzem doprowadzana poprzez rurkę doprowadzającą 6 pod mieszaninę 14 poprzez obejście i polietylenowy wąż 12, a w przypadku pomp membranowych poprzez bezpośrednie połączenie polietylenowego węża 12 przez złącze 13 węża. W celu zabezpieczenia szklanej rurki doprowadzającej 6 przed uszkodzeniami drugie złącze węża można ustawić tak, że rurka doprowadzająca 6 pozostaje trwale połączona z odcinkiem węża poprzez złącze 13 węża, a dołączanie i oddzielanie polietylenowego węża 12 przeprowadza się za pomocą drugiego złącza węża. Pobieranie próbek odbywa się dzięki temu przy niewielkiej turbulencji i bez powstawania pęcherzyków.

Próbka wody uzyskana za pomocą podwodnej pompy 4 z silnikiem jest poprzez obejście i rurkę doprowadzającą tłoczona bez pęcherzyków i bez kontaktu z powietrzem do kolby pomiarowej 5 o pojemności 1 litr. W tej kolbie pomiarowej 5 znajduje się 20 ml scyntylatora toluenowego (mieszanina, scyntylator toluenowy firmy Packard, 5 g PPO i 0,1 g POPOP na litr toluenu), który odróżnia się od próbki wody gruntowej. W laboratorium radon ekstrahuje się przez potrząsanie kolbą pomiarową 5, a odpipetowaną mieszaninę wprowadza się do fiolek. Pomiar zawartości fiolek przeprowadza się scyntylacyjnym spektrometrem cieczowym TRI-CARB 2550 TR/AB firmy Packard. Dla oceny prawidłowości wyników pomiaru można zastosować dyskryminację alfa/beta. Stężenie radonu do chwili pobrania próbki oblicza się przez regresję z wielokrotnych pomiarów zawartości jednej fiolki. Stężenia radonu określone za pomocą cieczowego spektrometru scyntylacyjnego podaje się w cpm (liczba zliczeń na minutę).

Do mierzenia przewodności elektrycznej oraz ewentualnie wartości współczynnika pH i temperatury stosuje się sondy pomiarowe i przepływowe ogniwa pomiarowe. Wymagany przepływ wody gruntowej jest dzielony przez obejście na dwa strumienie częściowe do pozyskiwania próbek wody gruntowej i do przepływu przez przepływowe ogniwa pomiarowe. Podczas pobierania próbek nie ma żadnego dławienia przepływu, ponieważ koncentracja aktywności radonu jest niezależna od natężenia przepływu.

Poniżej zostaną dokładniej objaśnione dwie próby odpompowania. Dwie badane rury obserwacji wody gruntowej są pod względem konstrukcyjnym jednakowe. Mają one średnicę rury 11,4 cm przy średnicy otworu 33 cm i są rozbudowane o filtr zwojowy wykonany ze stali szlachetnej o długości 1 m. Wielkość ziaren żwiru filtracyjnego wynosi 2-8 mm, a porowatość przyjęto jako 0,25. Przez objętość wymiany rozumie się poniżej objętość rury obserwacji wody gruntowej wraz z objętością przestrzeni porów żwirowej warstwy filtracyjnej.

Przy próbie A pompa 4 została zamontowana 1 metr pod powierzchnią wody gruntowej (głębokość zamontowania 6 m) w rurze obserwacji wody gruntowej ze stojącym słupem wody aż do dolnej krawędzi filtra 39 m. Warstwa żwiru filtracyjnego miału grubość 5,5 m. Przy stałej wydajności pompy 1,75 m³/h w odstępie co 3 minuty pobierano próbkę do ustalania koncentracji aktywności radonu. Równocześnie w odstępach minutowych określano przewodność elektryczną. Badanie trwało 120 minut (fig. 3).

PL 191 617B1

Przy próbie B pompę zainstalowano w obszarze filtru drugiej rury obserwacji wody gruntowej (głębokość zamontowania 48 m, stojący słup wody aż do dolnej krawędzi filtra 43 m). Warstwa żwiru miała grubość 6,5 m, a wydajność pompy wynosiła 1,73 m³/h. Pobieranie próbek przeprowadzano jak w przypadku próby A przy czasie trwania próby 50 minut (fig. 4).

Opracowanie wyników wykazało, że przy próbie A cała woda stojąca w rurze obserwacji wody gruntowej i w żwirze filtracyjnym musiała zostać wymieniona przed reprezentatywnym pobraniem próbek. Koncentracja aktywności radonu rozpoczęła się zgodnie z oczekiwaniem od zera i narastała aż do stałej wartości 5180 cpm/l (fig. 3). Krzywa ta jest pewną miarą dla stosunku wody stojącej do wody gruntowej w próbce. Reprezentatywną próbkę wody gruntowej można było pobrać już po 1,2 objętości wymiany. Wzrost przewodności elektrycznej nastąpił wyraźnie przed wzrostem koncentracji aktywności radonu.

Przy próbie B bezpośrednio po włączeniu pompy rozpoczęło się tłoczenie wody gruntowej. Na podstawie koncentracji aktywności radonu można było znowu bezpośrednio określić stosunek wody gruntowej do wody stojącej w próbce. Potem już pierwsza próbka zawierała 82% wody gruntowej. Domieszka wody stojącej przy takim układzie rozciągała się wprawdzie przez dłuższy czas, przy czym normalizacja na objętości wymiany (tu fikcyjna wielkość obliczeniowa) 1,0 potwierdzała reprezentacyjne pobieranie próbek (stała wartość koncentracji aktywności radonu 4470 cpm/l). Przewodność wykazywała przy tym układzie tylko niewielki wzrost 30 mS/cm aż do stałej wartości 525 mS/cm.

Za pomocą koncentracji aktywności radonu można w sposób pewny określić chwilę reprezentatywnego pobierania próbki w przypadku rury obserwacji wody gruntowej z wmontowaną pompą 4 bezpośrednio pod powierzchnią wody gruntowej i w przypadku drugiej rury obserwacji wody gruntowej z wbudowaną pompą 4 w obszarze filtru. Względna zmiana amplitudy koncentracji aktywności radonu w obu tych próbach była przy tym trzykrotnie większa niż względna zmiana przewodności elektrycznej (100% do 32% w próbie A i 18% do 6% w próbie B).

Pomiar koncentracji aktywności radonu podczas odpompowywania potwierdził pewne określenie stosunku wody gruntowej do wody stojącej w próbce wody gruntowej. Powodem jest szybki rozpad radonu w wodzie stojącej w rurze obserwacji wody gruntowej ze względu na swój krótki czas połowicznego rozpadu w połączeniu z ciągłą emanacją radonu w ziarnistym szkielecie warstwy wodonośnej. Istnieje dzięki temu możliwość ogólnego badania procesu odpompowywania rury obserwacji wody gruntowej mianowicie dla dowolnego przypadku możliwego zamontowania pompy.

Ponadto koncentracje aktywności radonu można wykorzystywać do oznaczania specyficznych czasów odpompowania rur obserwacji wody gruntowej. Okazuje się to celowe w tych przypadkach, w których brak jest jasności odnośnie dokładnego czasu odpompowania, a wynik analizy wody zyskuje specjalne znaczenie, np. jako dowód powodzenia kosztownych przedsięwzięć naprawczych. Do rozważenia byłoby również zastosowanie badania koncentracji aktywności radonu do rur obserwacji wody gruntowej krajowych sieci pomiarowych, gdzie konieczny jest wysoki stopień reprezentatywności, a koszt i wykorzystanie pozostają wobec siebie w określonym stosunku. Również przy ocenie funkcjonalności starych rur obserwacji wody gruntowej może być celowe wykorzystanie badania koncentracji aktywności radonu. Filtry starszych rur obserwacji wody gruntowej są zatkane, co pogarsza funkcjonalność hydrauliczną. Przez filtry te nie przepływa już lub przepływa tylko niewiele wody gruntowej. W celu przeprowadzenia oceny funkcjonalności hydraulicznej można pobrać próbkę z obszaru filtru. Jeżeli koncentracja aktywności radonu tej próbki jest zerowa, wówczas woda gruntowa nie przepływa już przez ten filtr. Jeżeli po pobraniu próbki przeprowadzi się próbę odpompowania i zmierzy się koncentrację aktywności radonu podczas tej próby odpompowania, wówczas ze stosunku koncentracji aktywności radonu pierwszej próbki do stałej wartości tego badania można oznaczyć natężenie przepływu filtru.

W jednej odmianie wynalazku możliwe jest, by zamiast mierzenia koncentracji aktywności radonu mierzyć całkowitą koncentrację aktywności, przy czym koncentracja aktywności radonu ma duży udział w całkowitej koncentracji aktywności, a inne nuklidy o dłuższych czasach połowicznego rozpadu nie zakłócają tego sposobu. Podobnie możliwe jest przeprowadzanie pomiaru koncentracji aktywności radonu w trybie bezpośrednim.

W praktyce lokalne określanie czasu pobrania próbki przez bezpośredni pomiar ma decydujące znaczenie. Przy odpowiednich rozważaniach na temat możliwości praktycznego zastosowania tego sposobu trzeba uwzględnić to, że właściwie nie ma tu ilościowego oznaczania wartości koncentracji aktywności radonu, ale oznaczenie wartości koncentracji aktywności całkowitej wody gruntowej wystarcza dla zaproponowanego sposobu. Jest to uzasadnione tym, że radon jest główną przyczyną

PL 191 617 B1 występującej aktywności, a niezmienna aktywność nuklidów o dłuższych czasach połowicznego rozpadu nie zakłóca tego sposobu. Istnieją zatem dwie możliwości pomiaru w trybie bezpośrednim w celu określenia objętości odpompowania miejsc pomiaru wód gruntowych:

a) Bezpośredni pomiar radonu i jego krótkotrwałych produktów rozpadu

Krótkotrwałymi produktami rozpadu radonu 222 są radionuklidy Po-218, Pb-214, Bi-214 i Po-214, jakto podano w tabeli 1.

T a b e l a 1:

Zestawienie ważniejszych fizycznych właściwości promieniowania produktów rozpadu Rn-222 i Rn-220

Izotop	T1/2	Promieniowanie	Energia a MeV	Energia g MeV
Ra-226	1602 a	a, g	4,78 (94,3%) 4,69 (5,7%)	0,186(3,3%)
Rn-222	3,82d	a	5,49 (100%)
Po-218	3,05 min	a	6,00(100%)
Pb-214	26,8 min	b, g	-	0,295 (19%) 0,352 (36%)
Bi-214	19,7 min	b, g	-	0,609 (47%) 1,120(15%)
Po-214	164 ms	a	7,68 (100%)
Pb-210	22,3 a	b	-	0,0465 (4,06%)
Ra-224	3,66 d	a	5,45 (6%) 5,68 (94%)	0,241 (3,9%)
Rn-220	55 s	a	6,29(100%)
Po-216	0,15 s	a	6,78 (100%)
Pb-212	10,6 h	b, g	-	0,239 (47%) 0,300 (3,2%)
Bi-212	60,6 min	a, b, g	6,05 (25%) 6,09 (10%)	0,727(11,8%) 1,620(2,8%)
Po-212	304 ns	a	8,78 (100%)
Tl-208	3,1 min	b, g	-	0,511(23%)
				0,583 (86%)
				0,860 (12%)
				2,614 (100%)

Po ekstrakcji radonu z wody i oddzieleniu przez to od niego produktów rozpadu nuklid będący wynikiem rozpadu, posiadający najdłuższy czas połowicznego rozpadu (Pb-214 o czasie połowicznego rozpadu 26,8 min) określa zasadniczo czas do ponownego osiągnięcia równowagi radioaktywnej po czterech czasach połowicznego rozpadu, to znaczy po około 2 godzinach. Szybki pomiar radonu możliwy jest przez alfaspektrometryczne oznaczanie radonu i Po-218 (czas połowicznego rozpadu 3,1 min), ponieważ równowaga pomiędzy Rn-222 i Po-218 ustala się po około 12 minutach. Inna możliwość polega na tym, by z napełnionego powietrzem węża złożonego z membrany przepuszczalnej dla dyfuzji, wykonać wężownicę i wstawić ją w przepływ tłoczenia pompy. Radon dyfunduje z wody poprzez wąż do powietrza i można go mierzyć w trybie bezpośrednim w komorze pomiarowej (np. komora Lucasa) (Surbeck, 1996). Znajduje się tu również przykład pomiaru w trybie bezpośrednim radonu w wodzie z wodociągu z rozdzielczością czasową 30 minut. Dalsze zmniejszenie czasu pomiaru do 1 minuty zależy od tego, czy uzyskiwana wtedy jeszcze dokładność jest wystarczająca dla proponowanego sposobu do określenia czasów odpompowania.

PL 191 617B1

b) Pomiar koncentracji całkowitej aktywności

Istnieje tu możliwość wykorzystania różnych już istniejących urządzeń pomiarowych i zasad pomiaru.

W celu określania w trybie bezpośrednim parametrów przewodnich zaproponowano nową przepływową komorę pomiarową, która oprócz mierzenia naturalnych koncentracji aktywności radonu określa również natężenie przepływu i tradycyjne parametry: przewodność elektryczną, temperaturę i wartość współczynnika pH. Wszystkie parametry są przedstawiane i dokumentowane jako funkcja objętości odpompowania przez przyporządkowane oprogramowanie w trybie bezpośrednim. Ocena wykreślonych krzywych, a zwłaszcza określenie stałej wartości wszystkich parametrów oraz wybór optymalnego czasu pobierania reprezentatywnych próbek należą również do zakresu działania tego oprogramowania. Za pomocą takiej przepływowej komory pomiarowej można uznać pobieranie próbek z miejsc pomiaru wód gruntowych za obiektywne, zwiększyć reprezentatywność próbek wody gruntowej, a równocześnie zmniejszyć czasy odpompowywania, co zmniejsza koszty pobierania próbek.

Stosowana do tego jest sonda odwiertu do określania w trybie bezpośrednim badanych parametrów w miejscach pomiaru wód gruntowych.

Niesprężysty przepływ wody gruntowej jest często idealizowany przez założenie DUPUIT, które mówi, że przepływ przez całą grubość warstwy wodonośnej odbywa się poziomo. Rzeczywiste przepływy wód gruntowych mają natomiast pionowe składowe przepływu, które są wywoływane przez niewielkie różnice ciśnienia w zakresie centymetrów. Duże znaczenie dla pionowo zorientowanego, reprezentatywnego pobierania próbek ma zatem właściwa instalacja dla sprawnego pomiaru wód gruntowych. Jeżeli punkt pomiaru wód gruntowych jest uszkodzony, następuje powolny przepływ pomiędzy filtrem a uszkodzonym punktem (przepływ zwarciowy). W przypadku rury czterocalowej przy różnicy ciśnienia tylko 1 cm na 10 m, przepływ pionowy przez rurę pomiarową jest 100.000 razy większy niż przepływ poziomy przez warstwę wodonośną. Szczególne znaczenie dla reprezentatywnego pobierania próbek ma zatem rozpoznanie uszkodzonych punktów pomiaru wód gruntowych.

Jako sposób bezpośredniego mierzenia przepływów zwarciowych znane są pomiary za pomocą przepływomierzy, które mogą być stosowane przy wystarczająco dużych prędkościach przepływu. Przy małych prędkościach przepływu stosuje się telewizję do odwiertów (optyczne szukanie uszkodzeń mechanicznych) i pomiary temperatury które nie zawsze dają żądane wyniki. Dlatego zaproponowano nową sondę do odwiertów do lokalizowania miejsc dostępu wody w orurowanym odwiercie na podstawie naturalnej koncentracji aktywności radonu w wodzie gruntowej.

Koncentracja aktywności radonu w wodzie stojącej punktu pomiaru wody gruntowej jest bliska zera, ponieważ radon, mający czas połowicznego rozpadu 3,8 dnia, w krótkim czasie rozpada się. Miejsca dopływu wody gruntowej w punkcie pomiarowym poprzez uszkodzone kielichy lub pęknięte rury dają się rozpoznać nawet przy najmniejszych prędkościach przepływu poprzez obecność radonu 222 w wodzie stojącej w miejscu pomiaru. Przez zmierzenie radonu 222 w miejscu pomiaru można zlokalizować miejsca dopływu, kierunek przepływu i zależnie od prędkości przepływu również miejsce wypływu wody gruntowej (radon 222 jest wrażliwy na wodę gruntową do 15 dni od dopływu do miejsca pomiaru). Sposób ten można w orurowanym odwiercie wykorzystywać do lokalizowania przepływów zwarciowych przez uszkodzone kielichy, nieszczelne rury, niesprawne uszczelki lub stosować w miejscach pomiaru z wielokrotnym filtrowaniem, a ponadto nadaje się on również do lokalizowania miejsc dopływu wody w odwiertach bez orurowania. Zaproponowana powyżej sonda do odwiertów mierzy koncentracje aktywności radonu w wodzie stojącej punktu pomiaru w trybie bezpośrednim podczas przemieszczania tej sondy.

W tym celu przykładowo wąż przepuszczalny dla radonu, na przykład w postaci wężownicy, zanurza się w badanej wodzie. Radon dyfunduje z wody w ten wąż, przez który przepływa powietrze, a koncentracja radonu może być potem mierzona w trybie bezpośrednim w komorze pomiarowej (np. komora Lucasa).

Istnieje również możliwość zintegrowania koncentracji aktywności radonu jako nowego parametru w dotychczasowych komorach pomiaru natężenia przepływu. Taka komora pomiaru natężenia przepływu jest w stanie oprócz koncentracji aktywności radonu mierzyć zwykłe parametry ujmowane w czasie rzeczywistym, takie jak przewodność, temperatura i wartość współczynnika pH, a ponadto realizować indukcyjny pomiar przepływu. Przez zastosowanie elementów mikroelektronicznych zapisuje się wszystkie informacje, zobrazowuje się je w trybie bezpośrednim, protokołuje i przede wszystkim w sposób powtarzalny określa się optymalny czas odpompowania na podstawie narastania wszystkich krzywych.

Claims

1. Sposób badania wód gruntowych, w którym określa się optymalny czas odpompowywania wody gruntowej w miejscu jej badania, poprzez pobranie reprezentatywnej próbki do badań i rozróżnienie wody stojącej od wody gruntowej, znamienny tym, że prowadzi się proces ciągłego odpompowywania wody gruntowej z rury obserwacyjnej w określonych odstępach czasu, pobiera się kolejne próbki wody gruntowej, w których mierzy się stężenie aktywności radonu, aż do chwili, gdy stężenie radonu osiągnie stałą wartość, przy czym chwila ta stanowi optymalny czas pobrania reprezentatywnej próbki wody gruntowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas pomiaru stężenia aktywności radonu mierzy się przewodność elektryczną i/lub wartość pH i/lub temperaturę.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiar stężenia aktywności radonu określa się przez pobranie próbki wody wtłoczonej bez kontaktu z powietrzem do naczynia do pobierania próbki, przy czym w naczyniu do pobierania próbki umieszcza się scyntylator toluenowy, a następnie pod ten scyntylator toluenowy wprowadza się próbkę wody, po czym radon ekstrahuje się przez wstrząsanie naczynia do pobierania próbek, mieszaninę scyntylatora toluenowego odpipetowuje się i napełnia się nią fiolkę, po czym przeprowadza się pomiar zawartości fiolki z użyciem cieczowego spektrometru scyntylacyjnego dla oznaczenia stężenia aktywności radonu.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że przy małych stężeniach aktywności radonu dolewa się mieszaninę i wielokrotnie odpipetowuje się i napełnia się tę samą fiolkę.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że ocenę prawidłowości wyników pomiaru przeprowadza się przez dyskryminację alfa/beta.

6. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że stężenie radonu w chwili pobrania próbki oznacza się przez wielokrotny pomiar, a następnie poprzez analizę regresyjną, z uwzględnieniem okresu połowicznego rozpadu radonu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oprócz stężenia aktywności radonu mierzy się stężenie aktywności produktów rozpadu radonu i określa się stężenie aktywności ogólnej.

8. Sposób według zastrz. 1 albo 7, znamienny tym, że prowadzi się ciągły pomiar stężenia aktywności radonu i/lub stężenia aktywności ogólnej.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stężenie aktywności radonu i/lub stężenie aktywności ogólnej wody gruntowej określa się i ocenia się spektrometrycznie i/lub przez dyfuzję do określonej objętości powietrza lub przez odgazowanie i przez pomiar.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że pomiar spektrometryczny przeprowadza się przez alfa-spektrometryczne oznaczanie radonu i/lub Po-218.

11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w przewodzie tłocznym pompy umieszcza się napełniony powietrzem, wykonany z umożliwiającej dyfuzję membrany wąż w postaci wężownicy, w którym radon dyfunduje z wody, a radon zawarty w powietrzu mierzy się bezpośrednio w komorze pomiarowej.

12. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że podczas pomiaru stężenia aktywności radonu i/lub stężenia aktywności ogólnej mierzy się przewodność elektryczną i/lub temperaturę i/lub wartość pH.