Sistemi di campionamento basso flusso
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Sistemi di campionamento basso flusso
SISTEMI DI CAMPIONAMENTO ACQUE DI FALDA METODO LOW-FLOW (CAMPIONAMENTO A BASSO FLUSSO) - Well Wizard® – Pompe Pneumatiche di Campionamento per Postazione Fissa - Sample Pro® – Pompe Pneumatiche di Campionamento Portatili - MP-10 – Controller per Pompe di Campionamento Pneumatiche - MP-20 – Sonda Multiparametrica - YellowJacket – Sonda di Interfaccia Acqua/Olio Severn Trent Water Purification S.p.A. • Capitale Sociale i.v.: Euro 1.016.859 • Sede Leg. e Amm.: Via Isola Guarnieri, 13 • 20063 Cernusco s/N • C.F./P.I. 12499270150 • Reg. Impr. MI n. 135224/1998 • R.E.A. n. 1559847 • Tel. +39.0292908.1 Fax +39.029290830/840 • e-mail:[email protected] • http://www.severntrentservices.it Brochure Monitoring_Rev.2.doc Well Wizard – Pompe pneumatiche per campionamento a postazione fissa La linea di pompe dedicata al monitoraggio più venduta al mondo Le pompe Well Wizard rappresentano uno standard nel campo del monitoraggio ambientale. Sono disponibili modelli adatti a qualsiasi caratteristica riscontrabile nei pozzi di campionamento e di controllo. Insieme agli altri prodotti della linea formano il sistema più affidabile ed economico nell’ambito del campionamento low-flow (a bassa portata). Ne sono stati installati più di 40000 esemplari in tutto il mondo. La loro grande affidabilità e robustezza consente pertanto una lunga durata. Come funzionano? I VANTAGGI DELLE POMPE WELL WIZARD Conformi alle direttive EPA per il campionamento low-flow (a bassa portata) Modelli disponibili per ogni tipo di pozzo Grande affidabilità – garantite fino a 10 anni Membrana (bladder) in PTFE a formulazione esclusiva A differenza delle pompe azionate elettricamente, con le pompe pneumatiche Well Wizard la portata può essere impostata a qualsiasi valore (anche molto basso) senza incorrere in problemi di surriscaldamento che possono alterare la qualità del campione. Viene anche esclusa la possibilità di “degasaggio” dei componenti volatili dovuto alla depressione che si forma in aspirazione alla pompa elettrica. Inoltre, si evita l’incontrollato aumento della torbidità causato dall’utilizzo di altri sistemi, quali i bailers.Il soffietto (bladder) evita il contatto del fluido con l’aria, eliminando i pericoli di contaminazione esterna. 1 WELL WIZARD – CARATTERISTICHE TECNICHE Modello Materiale Lunghezza Diametro (m) (cm) Materiale connessioni T1100M Teflon 1.0 4.2 Teflon P1101M PVC 1.04 4.2 Polipropilene P1101HM PVC 1.0 4.2 Acciaio Inox ST1102M 316 S.S. 1.04 4.2 Acciaio Inox T1200M 316 S.S. e Teflon 1.04 3.8 Acciaio Inox T1250 316 S.S. 0.61 3.8 Acciaio Inox P1150 PVC e Teflon 0.51 4.2 Polipropilene T1300 316 S.S. e Teflon 1.16 2.5 Acciaio Inox *Diametro Sollevamento tubi scarico Volume max & aria mm (pollici) (ml) (m) 6&9 (1/4 & 3/8) 6&9 (1/4 & 3/8) 6&9 (1/4 & 3/8) 6&9 (1/4 & 3/8) 6&9 (1/4 & 3/8) 6&6 (1/4 & ¼) 6&6 (1/4 & ¼) 6&9 (1/4 & 3/8) 395 75 395 90 395 180 395 305 495 90 100 90 130 90 220 90 * Per avere il diametro di scarico da 13 mm (1/2”) eliminare il suffisso M dal n° di modello Specifiche Materiali Acciaio Inox: AISI 316 lucidato PVC: Grado alimentare, estruso per la QED. Teflon (pompa): Teflon® duPont e altre resine PTFE Teflon (bladders): Esclusiva Q-flex; per 200,000 cicli Specifiche filtri in ingresso Modello 35200 37789 37727 37733 Materiale Dimensione fori Adatto a Pompa: Acciaio Inox PVC PVC Teflon 0.01" 0.01" 0.01" 0.01" T1200, T1250 P1101, P1101H P1250 (anche P1101, P1101H) T1100 (0.25 mm) mesh (0.25 mm) slot (0.25 mm) slot (0.25 mm) slot 2 Sample Pro – Pompe Pneumatiche Portatili per campionamento Low-Flow Pompe pneumatiche portatili per pozzi da 1” in su: disponibili con diametro da 3/4” e da 1-3/4”. La linea di pompe pneumatiche della QED rappresenta uno standard nel campo del monitoraggio ambientale. Sono disponibili modelli adatti a qualsiasi caratteristica riscontrabile nei pozzi di campionamento e di controllo. Insieme agli altri prodotti della linea formano il sistema più affidabile ed economico nell’ambito del campionamento low-flow (a bassa portata). Le pompe QED operano prelevando il campione dal I VANTAGGI DELLE pozzo molto lentamente, in POMPE SAMPLE PRO modo da non alterare le condizioni statiche del fluido da • Semplicità di gestione analizzare e fornire un • Facilità di smontaggio campione realistico dello • Soffietto sostituibile con stesso. Vengono azionate tramite l’uso di aria compressa semplici operazioni a condizioni controllate, • Campione indisturbato impostando dei cicli on-off che • Nessun problema di agiscono sul soffietto (bladder) torbidità interno della pompa. • Assenza di contatto tra A differenza delle pompe aria e fluido azionate elettricamente, con le • Temperatura del pompe pneumatiche Sample campione inalterata Pro, la portata può essere impostata a qualsiasi valore • Minimizzazione nella (anche molto basso) senza perdita di volatili incorrere in problemi di surriscaldamento che possono alterare la qualità del campione. Viene anche esclusa la possibilità di “degasaggio” dei componenti volatili dovuto alla depressione che si forma in aspirazione alla pompa elettrica. Inoltre, si evita l’incontrollato aumento della torbidità causato dall’utilizzo di altri sistemi, quali i bailers. Il soffietto (bladder) impedisce il contatto del fluido con l’aria, eliminando i problemi di ossidazione e contaminazione esterna. 3 SPECIFICHE TECNICHE Modello Pompa SamplePro 3/4" Diametro esterno 0.75 in (19 mm) 10.75 in (273 mm) con raccordi Push-In Lunghezza 9.18 in (233 mm) dal fondo della pompa alla sezione d’ingresso 0.5 lbs (0.23 Kg) Peso Massimo 200 ft (61m) sollevamento Volume pompato 0.33 - 0.50 oz (10 - 15 ml) Materiali • Corpo Acciaio Inox 316 • Ingresso, scarico Acciaio Inox 303 e testa • Bladder Polietilene • O-Rings Viton® Raccordi Push-in con placche di Raccordi serraggio tubi in acciaio inox 316 • Raccordo aria 1/8” (3.2 mm) O.D. • Raccordo scarico 1/4" (6.4 mm) O.D. SamplePro 1-3/4" 1.75 in (47 mm) 14.75 in (375 mm) con raccordi Push-In 12.1 in (307 mm) dal fondo della pompa alla sezione d’ingresso 4.25 lbs (1.93 Kg) 250 ft (76m) 3.34 oz (100 ml) Acciaio Inox 316 Acciaio Inox 303 Polietilene (Teflon in opzione) Viton® Raccordi Push-in con placche di serraggio tubi in acciaio inox 316 1/4" (6.4 mm) O.D. 1/4" (6.4 mm) o 3/8” (9.5 mm) O.D. Consultant kit Dotazione completa per l’installazione e la manutenzione della pompa. La valigetta include: • Spazzole per la pulizia della pompa • 10 soffietti (bladder) • 10 placche di serraggio tubi • 10 filtri ingresso acqua • 10 set di guarnizioni • 5 sfere in acciaio (valvole di non ritorno) • Taglierino tubi …e tutti gli accessori necessari Soffietti (bladder) standard in polietilene, o in Teflon per applicazioni particolari 4 MicroPurge – Controller per sistemi Low-Flow MP-10 Controller a microprocessore per pompe fisse e portatili. Con una procedura molto semplice, in tre differenti modalità operative, consente di controllare la portata di campionamento. Permette di richiamare i dati di funzionamento relativi ad un pozzo, consentendo una veloce procedura di campionamento. E’ robusto e leggero. Richiede una fonte esterna di aria compressa o di altro gas come fluido motore (es. CO2). SPECIFICHE TECNICHE Modello Dimensioni Peso Materiale Custodia Tastiera Display Alimentazione Durata Batterie Pressione Massima Profondità massima pompa Temperatura di lavoro MP10 10-3/4"x9-3/4"x5" (27x25x13 cm) 5.5 lbs (2.5 kg) Resina 6 tasti 2 Linee, 16 Caratteri / LCD 3 batterie "AA" 50,000 Cicli a 70°F (21°C) 120 PSI (827.5 kPa) 250 Feet (76 m) -20 - 150°F (-29 - 66°C) Durata di una bombola da 2,2 kg in funzione della profondità di campionamento 5 MicroPurge – Sonda Multiparametrica per sistemi Low-Flow MP-20 Per la misura dei parametri durante il campionamento • Tramite la tecnologia PurgeScan segnala l’avvenuta stabilizzazione dei parametri di controllo con segnalazione visiva e acustica. • Visualizza sei valori: ossigeno, pH, Redox, Conducibilità, Temperatura e Salinità. • Cella di flusso disegnata per minimizzare qualsiasi interferenza esterna ed interna. Specifiche del sistema: Modello N. Dimensioni Peso Memorizzazione Stabilizzazione Materiale custodia Tastiera Specifiche delle sonde Temperatura Ossigeno disciolto Conducibilità pH ORP Salinità* *Calcolata Range -5 - 50°C (23 - 122°F) da 0 a 20 mg/l 0-100 mS/cm da 2 a 12 unità -999 to 999 mV da 0 a 70 PSS Accuratezza ± 0.20°C (0.36°F) ± 0.2 mg/l ±1% della lettura ± 1 count ± 0.2 unità ± 20 mV ± 1 count TM Specifiche PurgeScan : Range di Stabilizzazione dei pH - +/- .2 unità parametri DO - +/- 0.2 mg/l Conducibilità- +/- 0.020 m S/cm ORP- +/- 20 mV NOTA: Queste sono impostazioni di fabbrica, modificabili a seconda del sito. Criterio di Stabilizzazione Si devono verificare 3 letture consecutive dei parametri selezionati (uno o più dei 4 sopra elencati) i cui valori rientrino nei limiti prestabiliti. L’intervallo tra una lettura e la successiva è impostabile dall’utente (da 1 a 9 minuti) 6 Risoluzione 0.01°C (0.018°F) 0.01 mg/l 4 Digit 0.01 unità 1 mV 0.01 PSS MP20 18.5"x15"x6.5" (47x38x17 cm) 14 lbs (6.4 kg) 100 scansioni TM Tecnologia Purge Scan Resina 5 tasti YellowJacket™ - Sonda di interfaccia acqua/olio Disegnato per massimizzare l’efficienza nelle operazioni “point & shoot” • Controllo della discesa della sonda con una sola mano tramite grilletto. • Bobina piatta con pulisci nastro; riavvolgimento preciso senza grovigli. • Sonda da ¾” dal design robusto. • Sensibilità regolabile. • Costruzione in Alluminio ed elettronica di 3a generazione. Specifiche del sistema: Modello N. IS100 Dimensioni 12.5"x10.25"x3.25" (32 x 26 x 8 cm) Peso 6.9 lbs (3.2 kg) esclusa la custodia Compatibilità Chimica Generale Alimentazione Batterie rettangolari – 9 VDC Dimensioni sonda 0.75” (1.9 cm) OD x 3” (7.6 cm) lunghezza Tipo di sensore Ottico e a conduttanza elettrica Accuratezza 1/100’ (3 mm) Sensibilità Regolabile direttamente sullo strumento Lunghezza nastro 100’ (30.5m) Scala In generale, il sensore non è disturbato dalla maggior parte dei fluidi per mezzi di trasporto, da idrocarburi completamente alogenati, da alcoli, da soluzioni acquose deboli. L’esposizione a idrocarburi parzialmente alogenati e a condizioni fortemente alcaline dovrebbe essere evitata. Fluidi per mezzi di trasporto Compatibili: Antigelo, fluido motore, diesel, benzina, benzina verde, fluido idraulico, cherosene, olio del motore, fluidi di trasmissione Organici Compatibili: Acetone, butil alcol, tetracloruro di carbonio, cicloesano, etanolo, 2-etossi-etanolo, etil acetato, etil etere, Freon, esano, fenolo, isopropanolo, metanolo, nafta, glicol propilene, tetracloroetilene, trietilfosfato, xilene. Non compatibili: cloroformio, dicloruro di metilene, metil etil chetone, 1,1,2 tricloroetano, tricloroetilene 1/100’ su un lato 1 mm sull’altro lato Materiali a contatto con acqua Viton, Tefzel, acciaio inox, termoplastica Dimensioni custodia 19” x 14.5” x 5” (48 x 37 x 13 cm) Specifiche custodia Polietilene ad alta densità (HDPE) Nota: Test eseguiti a 22°C 7 Il Campionamento con il Metodo “Low-Flow” “Low-Flow” o basso flusso si riferisce al movimento dell’acqua della formazione che attraversa la fenestratura del pozzo durante la fase di spurgo ed il successivo campionamento. Tale portata deve essere ridotta ad un punto tale da non permettere alle particelle sedimentate di entrare nel sistema di aspirazione del campione. Alcuni ricercatori definiscono il metodo come spurgo “Low-Stress”, indicando in tal modo il basso impatto sulla formazione del sistema di pompaggio. Lo spurgo ed il successivo campionamento in modalità “Low-Flow” è un metodo che permette di operare senza rimuovere consistenti quantità d’acqua dal pozzo. Inoltre, a differenza dei metodi tradizionali, solo l’acqua stagnante presente nel pozzo, e spesso solo parte di essa, viene rimossa mentre la torbidità del campione prelevato viene ridotta alla sola fase “mobile”. Il metodo parte dall’osservazione che, prelevando l’acqua con una portata prossima (o inferiore) a quella di ricarica del pozzo, l’acqua della formazione fluisca direttamente verso la pompa ad una velocità tale da non movimentare in modo consistente le colonne d’acqua sovrastante e sottostante. Tipicamente, viene utilizzata una portata di 0.1 – 0.5 l/min, anche se tale valore è legato alle condizioni idrogeologiche caratteristiche del sito. Le seguenti sono raccomandazioni da tenere in considerazione prima, durante e dopo le attività di campionamento Low-Flow: - utilizzare basse portate (< 0,5 l/min) durante lo spurgo e il successivo campionamento in modo da produrre il minimo abbassamento nel livello del pozzo; - massimizzare lo spessore dei tubi e minimizzarne la lunghezza; - minimizzare i fattori di disturbo sulla colonna d’acqua stagnante al di sopra dell’intervallo fessurato durante le operazioni di misura del livello e di inserimento del mezzo campionante; - effettuare gli aggiustamenti per stabilizzare la portata il più velocemente possibile; - controllare gli indicatori della qualità delle acque durante lo spurgo; - raccogliere campioni non filtrati per valutare il carico di contaminanti e il potenziale di trasporto nel sistema sotterraneo. Durante la fase di spurgo è raccomandato l’utilizzo di strumenti di misura in linea (per esempio dotati di celle a deflusso) per identificare il tempo di stabilizzazione di alcuni parametri (pH, conducibilità, redox, ossigeno disciolto, torbidità) di ogni pozzo. I dati relativi alla portata di estrazione, abbassamento di livello e volume richiesto per la stabilizzazione dei parametri possono essere usati come guida per le successive attività di campionamento. Ciò permette, dopo il primo campionamento, di tornare successivamente al pozzo con un bagaglio di informazioni che permetteranno di rendere snelle e veloci tutte le operazioni di raccolta. I vantaggi dello spurgo e campionamento “LowFlow” In generale, questo metodo permette di ottenere una serie di vantaggi rispetto ai metodi tradizionali, tra i quali: campioni che sono rappresentativi del carico mobile (mobile load) di contaminanti presenti (disciolti e associati ai colloidi) minimo disturbo del punto di campionamento e come conseguenza una semplificazione nelle apparecchiature di campionamento minore variabilità dovuta all’operatore; migliore controllo da parte dell’operatore riduzione dei fattori di stress sulla formazione (minimo abbassamento) minore miscelazione tra l’acqua stagnante del pozzo e l’acqua di formazione minore necessità di filtrazione e, di conseguenza, tempi minori di campionamento volumi di spurgo ridotti (spesso fino al 90%) che diminuiscono i costi di smaltimento tempi di campionamento ridotti e quindi risparmi sui costi operativi migliore consistenza del campione; ridotta variabilità nei campioni artificiali allungamento della vita del pozzo, in quanto soggetto a stress da pompaggio e ad intasamenti dovuti ad accumuli di articolato 8 Severn Trent Water Purification S.p.A. Via Isola Guarnieri, 13 20063 Cernusco Sul Naviglio (Mi) Tel. 02-92908.1 Fax. 02-9290840 e-mail: [email protected] www.severntrentservices.it 9 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 Nota: data la natura multidisciplinare del seguente scritto, il traduttore si scusa anticipatamente per eventuali errori e/o inesattezze. Chiunque lo desideri, può inviare segnalazioni e commenti a Luca Filoni – Severn Trent Water Purification S.p.A. – tel:02 929081 e-mail [email protected] DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 EPA – GROUND WATER ISSUE Procedure di campionamento delle acque di falda di tipo Low-Flow (a bassa portata) e a minimo abbassamento del livello del pozzo Background Il “Regional Superfund Ground Water Forum” è composto da un gruppo di studiosi nel campo delle acque sotterranee, che rappresentano i “Regional Superfund Officies” dell’EPA, organizzato per lo scambio di informazioni relative alla bonifica delle acque sotterranee. Una delle maggiori aree di interesse del gruppo riguarda il campionamento delle acque sotterranee come supporto sia per la valutazione del sito inquinato che agli obiettivi di monitoraggio dell’andamento dei progetti di bonifica. Questo scritto intende dare delle informazioni di base per lo sviluppo delle procedure dei campionamenti Low-Flow e alla loro applicazione in una varietà di formazioni idrogeologiche. Ci si augura che questo scritto possa aiutare a redarre procedure operative (Standard Operating Procedures – SOP) ad uso del personale EPA e degli altri professionisti impegnati in questo settore. Per informazioni addizionali contattare: Robert Puls, 405-436-8543, Subsurface Remediation and Protection Division, NRMRL, Ada, Oklahoma. sottosuolo. Questo aumento di conoscenza è stato possibile anche grazie all’apporto di nuove tecniche e allo sviluppo delle apparecchiature utilizzate per il campionamento. Inizialmente, le idee e i mezzi per la caratterizzazione degli acquiferi contaminati sono stati “presi in prestito” da ciò che era stato sviluppato nel campo dell’acqua potabile. Tali procedure comprendevano le tecniche per l’installazione di piezometri di campionamento e le modalità per portare l’acqua in superficie, trattarla, conservarla e analizzarla. L’idea prevalente alla base si riferiva comunque ad unità idrogeologiche caratterizzate da una certa omogeneità. Con il passare del tempo è risultato evidente che il concetto di omogeneità non rappresentava in modo adeguato le problematiche relative all’inquinamento di falda. Il concetto di eterogeneità ha cominciato pertanto a prendere piede non solo nel senso geologico del termine, ma anche in termini di complessi processi chimici, fisici e biologici. E’ diventato perciò evidente che l’inquinamento sotterraneo era onnipresente e poteva includere zone profonde, insature, a bassa conducibilità idraulica o addirittura formazioni impermeabili. I. Introduzione Obiettivi e metodi per la valutazione della qualità delle acque di falda hanno subito profondi mutamenti durante il corso degli anni. Inizialmente è stata data molta enfasi alla valutazione qualitativa delle acque come approvvigionamento per uso potabile. Falde acquifere di grande capacità sono state identificate e monitorate tenendo presente questo obiettivo. Tali sistemi fornivano grandi quantità d’acqua, alimentando pozzi privati e compagnie pubbliche di distribuzione dell’acqua. Gradualmente, a seguito della presa di coscienza delle problematiche relative all’inquinamento di questi grandi acquiferi, sono migliorate le tecniche per capire i complessi fenomeni idrogeologici che governano il trasporto dei contaminanti nel E’ al di là dello scopo di questo lavoro fare una descrizione dei progressi fatti nel campo del monitoraggio e bonifica delle acque sotterranee, ma due particolari problematiche devono essere poste in evidenza: l’eterogeneità dell’acquifero e il trasporto in esso delle sostanze colloidali. La non omogeneità dell’acquifero, che incide sui percorsi dei contaminanti, include le variazioni geologiche, chimiche, idrauliche e microbiologiche. A mano a mano che i metodi e le apparecchiature sono diventati più sofisticati e che si è cominciato a comprendere meglio l’ambiente in cui si opera, si è giunti alla consapevolezza che nella maggioranza dei casi l’obiettivo principale deve essere la caratterizzazione dei percorsi dei contaminanti, Pag. 1/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 più che la caratterizzazione dell’intero acquifero. Infatti, in molti casi, lo spessore del plume è inferiore alla lunghezza della fenestratura di un tipico piezometro di campionamento (es. 3 – 6 m) installato in un sito inquinato. Si è notato come i gradienti di concentrazione su piccola scala siano importanti, tanto da influenzare il trend attuale verso l’installazione di pozzi a piccolo diametro e con zone fenestrate ridotte. L’importanza a livello chimico delle particelle colloidali in un sistema idrogeologico è andata via via evidenziandosi nel corso degli anni. Questa presa di coscienza è avvenuta tramite studi in laboratorio ed in campo che hanno dimostrato migrazioni degli inquinanti più veloci, e a distanze e concentrazioni maggiori, di quanto poteva essere previsto dai modelli disponibili. Difatti, tali modelli prendono in considerazione solo l’interazione tra la fase liquida (mobile) e quella solida (immobile), ma non considerano una ulteriore fase solida mobile e reattiva. E’ il riconoscimento di questa terza fase come possibile vettore di contaminanti che ha portato ad un’attenzione sempre crescente verso le modalità in cui i campioni vengono raccolti e processati per le successive analisi. Se questa fase è presente con una massa sufficiente, ha capacità di assorbimento, area sufficientemente estesa e rimane stabilmente in sospensione, può diventare un importante veicolo di trasporto dei contaminanti in molti tipi di sistemi sotterranei. I colloidi sono composti caratterizzati da un diametro tale che le forze superficiali dominino rispetto a quella interna (energia libera). Tipicamente, nelle acque sotterranee, includono sostanze con diametri da 1 a 1000 nm. Le più comuni particelle con queste caratteristiche includono: idrati di ferro, alluminio e ossidi di manganese; alcuni composti organici disciolti o in forma aggregata, virus e batteri. Tali particelle reattive hanno mostrato di essere mobili in numerose condizioni sia a livello di test di laboratorio che di studio sul campo tanto da essere inclusi di frequente nei programmi di monitoraggio sotto la voce “carico inquinante mobile totale” (dissolto + in sospensione). Per ottenere questo scopo è necessario adottare metodologie di campionamento che non influenzino artificialmente la naturale concentrazione di tali sostanze. Allo stato attuale, la metodologia più comune di campionamento prevede di spurgare il pozzo tramite bailer o pompe dotate di portate relativamente elevate in modo da rimuovere dai 3 ai 5 volumi di acqua e di provvedere in seguito alla raccolta del campione di fluido. Tale metodo può avere un impatto sfavorevole sulla qualità del campione, che può presentare elevati livelli di torbidità. Il risultato è l’inclusione di particelle interstiziali normalmente immobili nel campione in esame e, di conseguenza, ad una sovrastima nella concentrazione di alcuni composti (per es. metalli e sostanze organiche idrofobiche). Molte problematiche ben documentate associate alla filtrazione del campione inducono a ritenere che tale metodo risulti inaccettabile ai fini di correggere i problemi legati alla torbidità, perché include la rimozione di particelle potenzialmente mobili (associate cioè al livello di contaminazione) riducendo in modo artificiale il reale livello di contaminazione del campione in esame. Tutti i problemi legati alla torbidità possono essere mitigati tramite l’utilizzo di tecniche di spurgo e campionamento Low-Flow (a bassa portata). Gli attuali modelli concettuali relativi al comportamento delle acque sotterranee sono stati considerevolmente affinati grazie al sempre maggior utilizzo di apparecchiature di monitoraggio in campo. Le cosiddette tecnologia a spinta idraulica (“hydraulic push”, quali penetrometri, Geoprobe, QED Hydropunch) consentono di ottenere una caratterizzazione del sito in modo relativamente veloce che può servire a progettare e installare la rete di pozzi di monitoraggio. Attualmente, si possono anche prendere in considerazione anche alternative ai sistemi di monitoraggio convenzionali per alcune formazioni idrogeologiche. Il progetto finale per un sistema di monitoraggio deve in ogni caso essere supportato da una adeguata caratterizzazione del sito e deve naturalmente perseguire gli obiettivi di monitoraggio stabiliti a monte. Se l’obiettivo del sistema di monitoraggio comprende una valutazione accurata del livello e dell’estensione della contaminazione nel tempo e/o una approfondita analisi della metodologia di bonifica, allora sono essenziali le informazioni riguardo l’estensione tridimensionale del plume di inquinante prima di procedere all’installazione dei pozzi. Ciò può essere ottenuto tramite l’utilizzo di un’ampia gamma di apparecchiature e tecniche, che vanno dalle semplici trivelle manuali, ai sistemi menzionati precedentemente e fino all’utilizzo di grandi trivelle. Informazioni dettagliate sulla velocità dell’acqua di falda, sulla direzione e sulla variabilità in orizzontale e in verticale sono informazioni di base essenziali. Informazioni geologiche e sulla qualità del suolo sono richieste sia prima che durante l’installazione di punti di monitoraggio. Ciò include sia i dati storici che quelli accumulati durante le investigazioni. Attraverso tutte le informazioni raccolte e con la chiara comprensione degli obiettivi di campionamento possono pertanto essere prese tutte le decisioni riguardanti la Pag. 2/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 posizione, la lunghezza delle sezioni fenestrate, i diametri e quant’altro necessario sulla rete di pozzi di monitoraggio. Tutto ciò è particolarmente utile e critico nei nuovi progetti di bonifica in situ o per valutare l’attenuazione naturale dell’inquinante in un sito contaminato. 2) Più in generale, lo scopo principale in ogni programma di campionamento deve essere quello di ottenere campioni senza alterazioni nei parametri chimici; i dati analitici così ottenuti possono essere utilizzati per qualsiasi tipologia di programma di monitoraggio, in funzione delle regolamentazioni specifiche. La metodologia di campionamento descritta in questo lavoro parte dall’assunzione che l’obiettivo del monitoraggio sia il campionamento in pozzi di controllo dovuti alla presenza di contaminanti ed è applicabile sia in presenza che in assenza di colloidi e sia che la natura dell’inquinamento sia dovuta a metalli (e metalloidi) o a composti organici. Queste componenti fondamentali servono a molti tipi di programmi di campionamento e forniscono una solida base quando sia necessario espandere gli obiettivi a livelli di dettaglio superiori. Una raccolta ad alta qualità e riproducibilità è un traguardo comune indipendentemente dalgli obiettivi del programma. Alfine di raggiungere gli obiettivi stabiliti dal programma, una raccolta di dati di alto livello qualitativo implica un sufficiente grado di accuratezza, precisione e completezza per (p.e. il numero di dati analitici validi in rapporto al numero minimo di campioni previsti dal piano). L’accuratezza dipende dalla scelta corretta delle apparecchiature da utilizzare per il campionamento, e dalle procedure utilizzate per minimizzare le fonti di disturbo per il campione e per li sistema sotterraneo dalla raccolta fino all’analisi del campione stesso. La precisione dipende dalla riproducibilità dei protocolli di campionamento e di analisi. Ciò può essere assicurato o migliorato tramite la riproducibilità delle analisi dei campioni, inclusi i bianchi, gli standard di campo/laboratorio e gli standard di riferimento. II. Obiettivi di monitoraggio e considerazioni sul design del sistema Le problematiche riportate a seguito devono essere prese in considerazione a monte del design e della applicazione di ogni programma di monitoraggio, inclusi quelli che utilizzeranno le procedure di spurgo e campionamento di tipo Low-Flow. A. Obiettivi di qualità dei dati Gli obiettivi di monitoraggio includono quattro tipologie principali: la rilevazione, la valutazione, la scelta delle azioni correttive e la valutazione delle risorse a disposizione, oppure attraverso ibridi derivanti dagli accertamenti dovuti ad un passaggio di proprietà o alla ricerca di acquiferi da sfruttare. Gli obiettivi di monitoraggio possono poi cambiare a causa della scoperta di contaminanti o più in generale di problemi nella qualità delle acque. In ogni caso, esiste un numero di componenti comune per ogni programma di monitoraggio che deve essere considerato di primaria importanza indipendentemente dagli obiettivi iniziali. Queste componenti includono: 1) Lo sviluppo di un modello concettuale che incorpori gli elementi geologici della regione e del sito in questione. Il modello concettuale dovrà includere anche gli studi di caratterizzazione preliminari sul sito tesi a ricostruire la componente idrogeologica tramite un numero limitato di perforazioni ed installazioni di pozzi; 3) una raccolta ben documentata e con un buon rapporto costo/risultato di dati di ottima qualità tramite l’utilizzo di tecniche semplici, accurate e riproducibili; un affinamento del modello concettuale sulla base delle analisi e dei dati raccolti. B. La rappresentatività del campione Una meta importante in ogni programma di monitoraggio è la raccolta di dati che siano realmente rappresentativi delle condizioni del sito. Il termine rappresentatività si applica ai dati chimici e idrogeologici raccolti da pozzi, piezometri, da misure geofisiche e di gas nel terreno, lisimetri e punti di campionamento temporanei. Lo stesso implica, nella ricerca della causa di valori estremi, la conoscenza delle variazioni a livello statistico in alcune proprietà fisiche o dei valori di concentrazione di specie ioniche o di contaminanti del sistema sotterraneo. E’ buona pratica professionale cercare di massimizzare la rappresentatività tramite l’utilizzo di tecniche solide, provate e riproducibili per definire i limiti di distribuzione dei valori raccolti in sito. In ogni caso, i valori (o limiti) di rappresentatività sono dinamici e possono subire mutamenti durante il corso del progetto. Il modello evolutivo di caratterizzazione del sito è rappresentato in fig.1 mostra un approccio sistematico per ottenere di una raccolta dati consistente. Pag. 3/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 Modello Evolutivo di Caratterizzazione del Sito Definire gli Obiettivi del Programma Stabilire La Qualità dei Dati Definire Protocolli Analitici e di Campionamento Applicare i Protocolli Affinare i Protocolli Decidere Come Procedere Fig. 1 sottostima delle variazioni temporali dei contaminanti. 2) I parametri di target La selezione dei parametri da controllare durante un piano di campionamento è spesso soggetta a leggi e regolamenti locali. In ogni caso, gli indicatori di base della qualità dell’acqua, i parametri indicatori di spurgo e i contaminanti sono tutti target per la raccolta dei dati. Le apparecchiature e le procedure usati in questi programmi devono essere tutti rigorosi e applicabili a tutte le categorie di dati, in quanto tutti possono essere necessari a determinare o a supportare un’azione sulla base delle leggi vigenti. C. Design e installazione del punto di campionamento Il modello pone enfasi sul riconoscimento delle cause di variabilità (p.e. l’utilizzo di tecnologie non appropriate, quali l’uso di baliers per spurgare un pozzo; metodi poco precisi o dipendenti dall’operatore) e sulla necessità di tenere sotto controllo gli errori evitabili. 1) Una questione di scala Un piano di campionamenti ideato per raccogliere campioni rappresentativi deve tenere in considerazione il grado di variazione potenziale delle condizioni del sito sia nello spazio che nel tempo, così come le combinazioni e il comportamento chimico dei parametri da controllare. In un sistema sotterraneo, le proprietà chimiche e fisiche non sono statisticamente indipendenti. Infatti, campioni prelevati in vicinanza (p.e. a pochi metri di distanza) o in un piccolo intervallo di tempo (p.e. con frequenza inferiore al mese) sono altamente auto correlati. Ciò significa che un programma che preveda un’alta frequenza di campionamenti nel tempo (p.e. mensile) o una rete troppo densa di pozzi rischia di ottenere dati ridondanti e poco validi a livello statistico che portano ad interferenze ingannevoli nel calcolo dei trend. Nella pratica però, i programmi di monitoraggio e campionamento soffrono raramente di problemi di ridondanza nei dati. Nei programmi di valutazione delle azioni correttive è invece possibile che si raccolgano un numero insufficiente di campioni sia a livello spaziale che temporale. In questi casi, il risultato può essere una falsa interpretazione del livello spaziale della contaminazione o una Una caratterizzazione dettagliata del sito sta al centro di tutti i processi decisionali, e la base per la caratterizzazione risiede nella conoscenza della geologia e idrogeologia del luogo. I dati fondamentali per identificare le localizzazioni dei punti di campionamento includono: la litografia del sottosuolo, le caratteristiche idrogeologiche e la geochimica di base. Ogni punto di campionamento deve essere utilizzato per uno o più scopi che devono essere propriamente documentati negli obiettivi di qualità del piano. Un singolo punto di campionamento può non essere sempre in grado di ottemperare a tutte le richieste del piano di monitoraggio (p.e. rilevamento iniziale, valutazione, azione correttiva). 1) Compatibilità con il programma di monitoraggio e gli obiettivi di qualità dei dati Le specifiche sulla localizzazione e costruzione del punto di campionamento saranno dettate dalla litografia sotterranea e dalla variabilità nel contaminante e/o delle condizioni geochimiche. Bisogna notare che, indipendentemente dal tipo di approccio al campionamento, alcuni punti di campionamento (quali pozzi ecc..) hanno zone di influenza che eccedono il metro. Pertanto, la disposizione spaziale dei punti deve essere accuratamente progettata. 2) Flessibilità di un punto di campionamento In quasi tutti i casi, un punto di campionamento con diametro maggiore o uguale ai due pollici Pag. 4/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 permette l’utilizzo di gran parte delle pompe sommerse adatte allo spurgo e campionamento di tipo Low-Flow. Si suggerisce l’utilizzo, dove possibile, di zone fenestrate corte (p.e. inferiori a 1.6 m) così da ottenere risultati comparabili con diversi tipi di apparecchiature. Corto, naturalmente, è in funzione della variazione attesa nella qualità delle acque lungo la verticale. 3) Equilibrio del punto di campionamento Dopo l’installazione, deve essere previsto del tempo per permettere che si stabilisca un equilibrio fra il punto di campionamento e la formazione. L’installazione produce infatti un certo grado di disturbo al sistema sotterraneo. Generalmente si ritiene che tecniche di perforazione a rotazione e con trivella creino più disturbo rispetto a quelle a percussione (directpush). In entrambe i casi ci può essere un periodo (giorni o mesi) nel quale l’acqua in prossimità del punto risulta differente nelle caratteristiche da quella di formazione. Uno sviluppo appropriato del pozzo per rimuovere il particolato fine creato durante l’installazione accorcia questo intervallo temporale. III. Definizione di spurgo campionamento Low-Flow e E’ universalmente accettato che l’acqua contenuta nel corpo del pozzo non rappresenti l’acqua di formazione, e che sia necessario spurgarla prima di procedere al campionamento. Nondimeno, l’acqua nella sezione finestrata potrebbe essere rappresentativa della formazione, in funzione delle caratteristiche costruttive del pozzo e di quelle idrogeologiche del sito. I pozzi vengono spurgati in certa misura per le vari motivi: la presenza dell’aria in testa alla colonna d’acqua che porta ad un gradiente di concentrazione dell’aria disciolta in funzione della profondità, la perdita di sostanze volatili dalla testa della colonna assorbimenti o le perdite di sostanze dal corpo del pozzo o dal fascio filtrante, le variazioni nella natura chimica dovuti tappi di argille o infiltrazioni dalla superficie. Lo spurgo a bassa portata (Low-Flow), sia che si utilizzino sistemi portatili che dedicati, deve essere effettuato posizionando l’aspirazione della pompa alla metà, o leggermente più in alto della metà, della zona fenestrata del pozzo. Posizionare la pompa troppo in basso significherebbe aspirare anche i solidi che possono essersi accumulati nel corso del tempo. Queste particelle sono il risultato dello sviluppo del pozzo, prima delle operazioni di campionamento, o depositi dovuti alla naturale sedimentazione dei colloidi trasportati dalle acque sotterranee. Pertanto, il posizionamento della pompa al centro o verso la parte superiore del filtro è consigliato. Porre la pompa presso la cima della colonna d’acqua è raccomandato solo nei casi di acquiferi non confinati, con filtri lungo tutta la sezione e se tale punto è quello desiderato per il campionamento. Lo spurgo Low-Flow ha il vantaggio di minimizzare la miscelazione tra lo strato superiore di acqua stagnante e quella presente nella zona fenestrata. A. Spurgo e campionamento Low-Flow Low-Flow (bassa portata) è riferito alla velocità con la quale l’acqua entra nell’aspirazione della pompa, e che proviene dalle immediate vicinanze del filtro dei pozzo. Non si riferisce necessariamente alla portata d’acqua scaricata alla superficie, che può essere soggetta a regolamenti e restrizioni. L’abbassamento del livello dell’acqua dà la migliore indicazione dello stress derivato da una certa portata in una certa situazione idrogeologica. L’obiettivo è di estrarre l’acqua in modo tale da minimizzare lo stress (vedi abbassamento di livello) impartito al sistema tenendo conto, in ogni caso, degli obiettivi globali del programma di campionamento. Tipicamente, viene utilizzata una portata di 0.1 – 0.5 l/min, anche se tale valore è legato alle condizioni idrogeologiche caratteristiche del sito. Alcune formazioni a granulometria grossolana sono state campionate con velocità anche di 1 l/min. L’efficacia di un campionamento Low-Flow è intimamente legato ad un corretto posizionamento della zona fenestrata, alla lunghezza della stessa e alle tecniche con cui il pozzo è stato installato e sviluppato. Il ristabilirsi dei percorsi naturali dell’acquifero in tutte le direzioni è importante per una corretta interpretazione dei risultati analitici. Se di desidera un’alta risoluzione nel campionammento, è necessario utilizzare zone fenestrate non superiori al metro. Si è visto che la necessità di effettuare lo spurgo del pozzo prima del campionamento è dovuta, nella gran parte dei casi, all’azione di disturbo durante il passaggio del mezzo utilizzato per il campionamento. Tale attività provoca la miscelazione degli strati della colonna d’acqua, in particolare tra le zone stagnanti superiori e quelle in movimento nella zona fenestrata. In aggiunta, si crea sia un’interferenza dovuta alla movimentazione dei sedimenti depositati sul fondo che una spinta verso la formazione immediatamente adiacente alla parete di una certa massa d’acqua. Questi fattori di disturbo, così come l’impatto negativo sulla qualità del campionamento, possono essere evitati utilizzando apparecchiature dedicate. Tali strumenti permettono di evitare l’inserimento di “corpi Pag. 5/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE estranei” prima campionamento. di effettuare DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 spurgo e Utilizzando le tecniche di campionamento LowFlow è possibile isolare la zona fenestrata dalla colonna d’acqua stagnante che la sovrasta. Se l’aspirazione della pompa è posizionata all’interno dell’area fenestrata, la maggior parte dell’acqua verrà aspirata direttamente dalla formazione, minimizzando così miscelazione ed interferenze con l’acqua stagnante del pozzo. In ogni caso, se il pozzo non è costruito a dovere, altre zone non previste possono venire accidentalmente campionate. In alcuni siti dove esiste una spiccata eterogeneità geologica all’interno dell’intervallo fenestrato, aree a conducibilità idraulica più elevata potrebbero dare luogo a percorsi preferenziali di campionamento. Questa è una ragione in più per utilizzare aree fenestrate più corte, in particolar modo quando l’obiettivo di campionamento è un’elevata risoluzione spaziale. B. Parametri indicatori della qualità delle acque E’ raccomandato l’utilizzo di parametri che indichino la qualità delle acque in modo da identificare la necessità o meno di uno spurgo prima del prelievo del campione. I parametri di stabilizzazione quali pH, conducibilità, ossigeno disciolto, potenziale redox, temperatura e torbidità devono essere monitorati per determinare il momento in cui l’acqua di formazione inizia a fluire nel campionatore. In generale, l’ordine con il quale i parametri si stabilizzano è: pH, temperatura e conducibilità, seguiti da potenziale redox, ossigeno disciolto e torbidità. Il pH e la temperatura, pur essendo due parametri comunemente utilizzati come indicatori durante lo spurgo, non permettono quasi mai di distinguere l’acqua del corpo pozzo da quella di formazione; rimangono comunque dei fattori importanti per l’interpretazione dei dati e devono essere misurati. I criteri di performance nella determinazione della stabilizzazione devono essere basati sul valore di abbassamento del livello, sulla portata di campionamento e sui particolari costruttivi delle attrezzature dedicate alla misura dei parametri in gioco. Sono infatti disponibili apparecchiature in grado di monitorare in continuo i suddetti parametri nel flusso in uscita dalla pompa. E’ importante stabilire dei criteri specifici sulla stabilizzazione di ogni pozzo, ed utilizzare in seguito sempre la stessa metodica, in particolar modo in relazione all’abbassamento del livello, alla portata di campionamento e all’apparecchiatura di campionamento. In generale, il tempo o il volume richiesto per lo spurgo al fine di ottenere la stabilizzazione dei parametri è indipendente dal volume dei pozzi o dalla loro profondità. Le variabili dipendenti sono il diametro, il tipo di apparecchiature di campionamento, le condizioni idrogeologiche e chimiche, la portata della pompa e se le attrezzature sono di tipo portatile o dedicate. Se il mezzo utilizzato per il campionamento è già sul posto (apparecchiatura dedicata), allora i tempi e i volumi di spurgo sono decisamente più bassi. Altri vantaggi dei sistemi dedicati sono le minori quantità di acqua di spurgo da smaltire, meno strumenti da decontaminare, minor tempo speso nella preparazione al campionamento e, di conseguenza, minor tempo speso sul sito, un approccio più consistente al campionamento che probabilmente si traduce in una minor variabilità nei risultati. L’utilizzo di apparecchiature dedicate è fortemente raccomandato per i pozzi soggetti campionamenti di routine nel tempo. Se i parametri di stabilizzazione sono troppo stretti può accadere che a fronte di piccole oscillazioni i tempi di spurgo si protraggano oltre il necessario. Bisogna tener presente che la torbidità è un parametro molto conservativo in termini di stabilizzazione. La torbidità è sempre l’ultimo parametro a stabilizzarsi. Tempi di spurgo eccessivi sono invariabilmente legati all’aver stabilito criteri troppo stretti sulla stabilizzazione della torbidità. Bisogna ricordare che livelli di torbidità naturali possono anche superare i 10 NTU. C. Vantaggi e svantaggi dello spurgo LowFlow (minimo abbassamento) In generale, i vantaggi del microspurgo includono: campioni che sono rappresentativi del carico mobile (mobile load) di contaminanti presenti (disciolti e associati ai colloidi) minimo disturbo del punto di campionamento e come conseguenza una semplificazione nelle apparecchiature di campionamento minore variabilità dovuta all’operatore; migliore controllo da parte dell’operatore riduzione dei fattori di stress sulla formazione (minimo abbassamento) minore miscelazione tra l’acqua stagnante del pozzo e l’acqua di formazione minore necessità di filtrazione e, di conseguenza, tempi minori di campionamento volumi di spurgo ridotti che diminuiscono i costi di smaltimento e i tempi di campionamento migliore consistenza del campione; ridotta variabilità nei campioni artificiali Gli svantaggi: Pag. 6/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE - DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 costi di investimento iniziale più elevato tempi iniziali (di set-up del sistema) più lunghi la necessità di trasportare delle apparecchiature addizionali al sito e dal sito tempi di addestramento più lunghi resistenze al cambio di metodo da parte degli addetti ai lavori la paura che i nuovi dati portino a risultati differenti e tali da innescare nuovi processi / azioni IV. Protocollo di campionamento LowFlow La seguente procedura è stata sviluppata sulla base di anni di esperienza nel campo del campionamento delle acque di falda per la determinazione di composti organici e inorganici e raccoglie le esperienze degli autori (e altri) nel corso degli anni (Barcelona et. al., 1984, 1994; Barcelona and Helfrich, 1986; Puls and Barcelona, 1989; Puls et. al. 1990, 1992; Puls and Powell, 1992; Puls and Paul, 1995). La raccolta di dati ad un elevato livello qualitativo è essenziale per il monitoraggio degli acquiferi e per la caratterizzazione del sito. Le maggiori limitazioni alla raccolta di campioni rappresentativi sono dovuti a: miscelazione tra acqua stagnante presente nel pozzo e acqua fresca dal filtro durante l’inserimento dell’apparecchiatura per il campionamento, disturbi e risospensioni di solidi sedimentati sul fondo del pozzo dovute all’utilizzo di pompe ad alta portata o alla movimentazione di bailers, introduzione di gas dall’atmosfera durante la produzione o la manipolazione del campione, un utilizzo non appropriato di sistemi di campionamento a vuoto, ecc… A. Raccomandazioni per il campionamento I campioni di fluido non devono essere presi immediatamente dopo le procedure di sviluppo pozzo. Bisogna attendere un tempo sufficiente affinché si ristabilizzi il naturale movimento dell’acquifero nelle vicinanze del pozzo di monitoraggio e che un nuovo equilibrio chimico con i materiali di costruzione venga raggiunto. Tale lasso di tempo dipende da vari fattori legati alle condizioni del sito e ai metodi di installazione, ma spesso supera la settimana. Lo spurgo del pozzo è quasi sempre necessario per ottenere che un flusso di acqua di formazione attraversi la fenestratura del pozzo. Piuttosto che utilizzare la procedura generalizzata (ma arbitraria) di spurgare tre volumi di acqua prima del campionamento, è raccomandato l’utilizzo di strumenti di misura in linea (per esempio celle a deflusso) per identificare il tempo di stabilizzazione di alcuni parametri (pH, conducibilità, redox, ossigeno disciolto, torbidità) di ogni pozzo. I dati relativi alla portata di estrazione, abbassamento di livello e volume richiesto per la stabilizzazione dei parametri possono essere usati come guida per le successive attività di campionamento. Le seguenti sono raccomandazioni da tenere in considerazione prima, durante e dopo le attività di campionamento: utilizzare basse portate (< 0,5 l/min) durante lo spurgo e il successivo campionamento in modo da ottenere il minimo abbassamento nel livello del pozzo; massimizzare lo spessore dei tubi e minimizzarne la lunghezza; posizionare l’aspirazione della pompa nel punto di campionamento desiderato; minimizzare i fattori di disturbo sulla colonna d’acqua stagnante al di sopra dell’intervallo fenestrato durante le operazioni di misura del livello e l’inserimento del mezzo campionante effettuare gli aggiustamenti per stabilizzare la portata il più velocemente possibile; monitorare gli indicatori della qualità delle acque durante lo spurgo; raccogliere campioni non filtrati per valutare il carico di contaminanti e il potenziale di trasporto nel sistema sotterraneo; B. Calibrazione dell’equipaggiamento Prima del campionamento, tutto l’equipaggiamento deve essere calibrato in accordo alle raccomandazioni dei produttori, del Piano di Qualità del progetto e del Piano di Campionamento in Situ. La calibrazione del pH deve essere effettuata con almeno due soluzioni buffer che includano l’intervallo previsto. La calibrazione per l’ossigeno disciolto deve essere corretta in funzione della pressione barometrica e del livello altimetrico. C. Misura del livello dell’acqua e monitoraggio Si raccomanda che l’apparecchiatura utilizzata sia il meno possibile di disturbo all’acqua contenuta nel corpo pozzo. La profondità deve essere ottenuta dai dati del pozzo. Misurare al fondo del pozzo porta in sospensione i solidi decantati dalla formazione e richiede un tempo di spurgo più lungo a causa della torbidità indotta. Misurare la profondità del pozzo a campionamento avvenuto. La misura del livello dell’acqua deve essere effettuata relativamente ad una elevazione di riferimento fissata a priori. Pag. 7/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 D. Tipo di pompa porta inoltre ad introdurre dei fattori incontrollati dovuti alla variabilità nell’azione dell’operatore. L’utilizzo di pompe a bassa portata (0.1 – 0.5 l/min) è consigliato per lo spurgo ed il campionamento di tutti i tipi di analiti. Tutte le pompe hanno dei limiti, e questi devono tenuti in considerazione rispetto all’applicazione in un determinato sito. I bailers sono strumenti inadeguati per i campionamenti Low-Flow. 1) Considerazioni generali Non ci sono dei requisiti particolari rispetto alle apparecchiature da utilizzare con le tecniche di campionamento Low-Flow. La cosa più importante è che l’apparecchiatura dia risultati consistenti e il minimo disturbo al sistema nell’intervallo di portate tipiche di questa tecnica (< 0.5 l/min). E’ chiaro che un’apparecchiatura che ottiene un abbassamento di livello minimo o nullo in un pozzo potrebbe essere causa di un significativo abbassamento in un atro con caratteristiche di trasmissività della formazione più basse. In questo senso, la pompa non deve causare modifiche nella pressione, temperatura o nelle altre caratteristiche fisiche del campione d’acqua in un ragionevole range di campionamenti. La costanza nelle operazioni è un fattore critico per ottenere risultati di accuratezza e precisione. 2) Vantaggi e svantaggi delle apparecchiature di campionamento E’ disponibile una varietà di strumenti per lo spurgo e campionamento Low-Flow, quali le pompe peristaltiche, le pompe “bladder”, le elettriche sommergibili e le pompe a gas. Le apparecchiature che meglio si prestano sia ad essere strumenti dedicati (a posizionamento fisso) che a funzionare in modo consistente alle basse portate utilizzate nel Low-Flow sono da preferirsi. E’ anche auspicabile che si possa avere un buon controllo sui parametri operativi della pompa anche a portate molto basse. La pompa peristaltica è limitata ad applicazioni di bassa profondità, e può portare a degasaggio del campione con il risultato di alterare il pH e l’alcalinità e di perdita delle sostanze volatili. Le pompe a gas devono essere del tipo che non permetta il contatto tra il fluido e il gas stesso. Chiaramente, i bailers e gli altri strumenti della stessa famiglia non sono assolutamente adatti per questa tecnica di campionamento, in quanto portano ad innalzare la torbidità del sistema e a miscelare le acque stagnanti con quelle di formazione. Allo stesso modo, anche sistemi a spinta inerziale con valvola di fondo causano troppi disturbi al pozzo. L’uso di questi strumenti Sommari sui vantaggi e gli svantaggi dei vari strumenti di campionamento sono elencati in Herzog et al. (1991), U.S. EPA (1992), Parker (1994) e Thurnblad (1994). E. Installazione della pompa Le apparecchiature di campionamento dedicate (fisse nel pozzo) che sono in grado di pompare e produrre campioni sono da preferirsi al di sopra di ogni altro tipo. Ogni strumento portatile deve essere calato lentamente e con attenzione fino al centro della zona fenestrata o leggermente più in alto (per es. 1-1.5 metri sotto la cima di una griglia di 3 metri). Ciò per mimimizzare la miscelazione con la colonna di acqua stagnante superiore e, nello stesso tempo, ridurre al minimo gli effetti di una risospensione del particolato decantato sul fondo del pozzo. E’ dimostrato come questi due effetti di disturbo incidano direttamente sui tempi di spurgo del sistema. Sembra inoltre che ci sia una correlazione diretta tra le dimensioni dell’apparecchiatura di campionamento in rapporto al diametro del pozzo ed il tempo di spurgo. La chiave è minimizzare i fattori di disturbo per l’acqua ed i solidi all’interno del corpo del pozzo. F. Filtrazione La decisione se filtrare o no un campione deve essere dettata dagli obiettivi della campagna di campionamenti piuttosto che essere un’operazione di routine dovuta ad una scarsa tecnica di campionamento, e la filtrazione in campo non può essere un intervento di default. Bisona fare delle considerazioni su cosa si vuole ottenere dalla filtrazione in campo. Per valutare le concentrazioni di elementi quali metalli in tracce realmente disciolti in acqua (in opposizione a quelli operativamente disciolti tramite per es. filtrazione a 0.45 µm) sono raccomandati filtri da 0.1 µm, anche se gran parte dei regolamenti prevedono quelli da 0.45 µm. Campioni alcalini devono anch’essi essere filtrati se si sospetta la presenza di particolato di carbonato di calcio, visto che questa sostanza ha un impatto sui risultati della titolazione (anche se la stessa filtrazione può alterare la composizione della CO2 e, di conseguenza, falsare i risultati). Anche se la filtrazione può essere considerata una pratica appropriata, talvolta può causare una serie di inconvenienti (ossidazione, areazione…) e, di conseguenza, ad una incertezza nei risultati. Alcune modifiche nello stato del campione sono inevitabili, ma i fattori che portano ad esse devono Pag. 8/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 essere noti. Alcuni effetti deleteri possono essere minimizzati con la coerente applicazione di alcune linee guida. Le linee guida devono indirizzare alla selezione del tipo di filtro, del diametro dei pori ecc.., in modo da identificare e minimizzare le potenziali fonti di incertezza durante la filtrazione del campione. La filtrazione in linea è raccomandata perché porta ad una maggiore consistenza tramite una minor manipolazione del campione, oltre a minimizzare l’esposizione dello stesso all’atmosfera. I filtri in linea sono disponibili sia in formato usa e getta che riutilizzabile, oltre che in vari formati e dimensioni (0.1 – 5 µm). Quelli usa e getta hanno il vantaggio di avere una capacità superiore sui sedimenti rispetto ai tradizionali filtri a membrana. I filtri devono essere prelavati in accordo alle prescrizioni del produttore. Se la risciacquatura non è prevista, far scorrere un litro d’acqua di falda tra la raccolta del campione e la fine dello spurgo. Una volta iniziata la filtrazione, la massa filtrata può ostruire i passaggi a valori inferiori di quelli nominali del filtro e naturalmente diversi da quelli desiderati. Azioni correttive possono essere la prefiltrazione con filtri a maggior luce di passaggio o la riduzione del volume da campionare. G. Il controllo del livello e dei parametri indicatori di qualità Controllare periodicamente l’abbassamento di livello dell’acqua del pozzo permette eventualmente di correggere la portata di spurgo. L’obiettivo è ottenere un abbassamento minimo del livello (< 0.1 m) durante lo spurgo. Ciò può essere difficile da ottenere in alcune circostanze a causa di formazioni geologiche particolarmente eterogenee incluse nella zona fenestrata, e può richiedere una regolazione del flusso particolare e una certa esperienza. I parametri indicatori della qualità dell’acqua devono essere continuamente monitorati in linea durante lo spurgo. Tali indicatori possono includere pH, potenziale redox, conducibilità, ossigeno disciolto e torbidità. Gli ultimi tre parametri sono spesso i più sensibili. I valori di portata, abbassamento di livello, tempo e volume di spurgo possono servire come linee guida per i successivi spurghi e campionamenti. I valori misurati devono essere registrati ogni 3 – 5 minuti quando vengono utilizzati i valori di portata suggeriti nei precedenti paragrafi. La stabilizzazione si può considerare raggiunta quando tutti i parametri sono stabili per tre misure successive. Al posto della misura di tutti e cinque i parametri citati precedentemente, un set minimo deve includere pH, conducibilità e torbidità o ossigeno disciolto. Le tre letture consecutive devono avere uno scostamento di ± 0.1 per il pH, ± 3% per la conducibilità, ± 10 mV per il potenziale redox e ± 10% per ossigeno e torbidità. I trend di stabilizzazione di questi indicatori sono generalmente ovvi e seguono percorsi esponenziali o asintotici verso la stabilizzazione. Ossigeno e torbidità richiedono solitamente il tempo più lungo prima della stabilizzazione. Le precedenti linee guida offrono una stima sommaria e sono basate sull’esperienza. H. Campionamento, contenitori, conservazione e decontaminazione A fronte della stabilizzazione dei parametri indicatori, il campionamento può avere inizio. Se viene utilizzato uno strumento di analisi in linea, questo deve essere disconnesso o by-passato durante il prelievo del campione. La portata, durante la raccolta del campione, deve rimanere la stessa utilizzata durante lo spurgo o può essere leggermente modificata in caso si debba minimizzare l’areazione, la formazione di bolle, il riempimento troppo turbolento del contenitore o la perdita di volatili dovuti a lunghi tempi di residenza nelle tubazioni. Tipicamente, portate inferiori a 0.5 l/min sono appropriate. La tessa apparecchiatura utilizzata per lo spurgo deve essere utilizzata peri il campionamento. La campagna di campionamenti deve avvenire partendo dal pozzo meno contaminato e passare man mano a quelli con livelli di contaminazione superiori. Generalmente, volatili (ad esempio solventi e componenti di carburanti) e parametri sensibili ai 2+ gas (per es. Fe , CH4, H2S/HS , alcalinità) devono essere campionati per primi. La sequenza con cui vengono raccolti i campioni per la maggior parte dei parametri inorganici non è importante, a meno che si desiderino campioni filtrati (sostanze in soluzione). La filtrazione deve avvenire alla fine e devono essere utilizzati, come discusso precedentemente, filtri in linea. Durante tutte le fasi di spurgo e di campionamento devono essere utilizzati indumenti protettivi adatti al tipo e al livello di contaminazione. Il contenitore del campione sarà preparato in precedenza e adatto agli analiti di interesse e includerà, quando necessario, le sostanze atte alla conservazione del campione. Il campione d’acqua deve essere versato direttamente nel contenitore dal tubo di mandata della pompa. Immediatamente dopo essere stato riempito, il contenitore deve essere conservato come specificato dal progetto. I protocolli di conservazione dei campioni sono basati sul tipo di analisi che deve essere effettuata. Può essere consigliabile aggiungere conservanti prima di arrivare al sito in modo da ridurre il rischio di conservare in modo inadatto i contenitori o di Pag. 9/ 12 EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 introdurre dei contaminanti presenti nel sito durante l’aggiunta di conservanti. I conservanti devono essere trasferiti dal loro contenitore al contenitore del campione utilizzando pipette usa e getta in polietilene. Una volta riempito il contenitore con l’acqua di falda, un tappo rivestito in teflon (o latta) viene avvitato saldamente per evitare perdite. Il contenitore viene poi etichettato in conformità alle procedure del progetto. Il campione deve poi essere conservato capovolto alla temperatura di 4°C. I protocolli di decontaminazione delle apparecchiature sono in qualche modo dipendenti dal tipo di strumento utilizzato e dal tipo di contaminante presente in sito. Fare riferimento ai protocolli specifici per il sito e per il progetto. I. I bianchi Devono essere raccolti i seguenti bianchi: 1) 2) 3) bianco del sito: deve essere raccolto un campione per ogni fonte d’acqua utilizzata in situ (distillata/deionizzata) per la decontaminazione delle apparecchiature o in ausilio alle attività di campionamento bianchi delle apparecchiature: un campione per tipo di apparecchiatura deve essere prelevato e conservato prima dell’inizio delle attività giornaliere in situ. Far riferimento ai protocolli e alle procedure specifiche del progetto bianco da trasporto. E’ richiesto ad ogni trasporto di campioni contenenti volatili. Questi bianchi vengono preparati in laboratorio aggiungendo 40 ml di organici volatili all’acqua distillata. trovare soluzioni alternative, visto che le basse permeabilità possono richiedere spurghi a bassissima portata (< 0.1 l/min) e la tecnologia può non essere di supporto. Dove non possano essere utilizzate apparecchiature che permettano di prelevare acqua a portate così basse, la considerazione principale è quella di cercare di evitare lo svuotamento dell’area fenestrata del pozzo. Ciò può richiedere ripetute fermate durante lo spurgo, per permettere al pozzo di ricaricarsi, lasciando la pompa immersa. L’uso delle tecniche Low-Flow può risultare poco pratico in queste condizioni, a seconda del tempo di ricarica. Sia l’operatore che gi utenti finali dei dati ricavati devono rendersi conto dei limiti nei dati raccolti; p.e., una alta probabilità di sottostima nelle concentrazioni di VOC, dei potenziali falsi negativi per i metalli dopo filtrazione e falsi positivi dei campioni non filtrati. Si suggerisce una comparazioni tra i valori ottenuti tramite tecniche Low-Flow e campionamenti passivi (p.e. due set di campioni). La raccolta tramite campionamento passivo prevede l’acquisizione del campione senza effettuare, o effettuando in quantità modeste, lo spurgo del pozzo utilizzando un sistema di campionamento dedicato (fisso nel pozzo) o un sistema passivo di raccolta. A. Formazioni a bassa permeabilità (ricarica < 0.1 l/min) 1. Spurgo e campionamento Low-Flow tramite pompe a. “modalità portatile o non dedicata” – Calare la pompa (una in grado di erogare portate < 0.1 l/min) fino al centro, o leggermente più in alto, della sezione fenestrata e lasciarla posizionata per un minimo di 48 ore (per ridurre il volume di spurgo). Passate le 48 ore, utilizzare le procedure descritte alla sezione IV che riguardano la stabilizzazione dei parametri ecc.., ma senza svuotare la parte fenestrata. Se il calo di livello eccessivo o la ricarica lenta diventano un problema, allora è meglio seguire gli approcci seguenti. b. “modalità dedicata” – Posizionare la pompa come nel modo precedente almeno una settimana prima del campionamento; ciò significa in pratica lavorare con un’apparecchiatura dedicata al pozzo. Con questo approccio i parametri indicatori dovrebbero stabilizzarsi molto più rapidamente, a causa del minor disturbo causato alla zona di campionamento. V. Formazioni a bassa permeabilità e di roccia fratturata Lo scopo finale dei programmi di campionamento o gli obiettivi di campionamento indirizzano le scelte di posizionamento dei punti di campionamento, le loro modalità di installazione e la scelta delle apparecchiature da utilizzare. Allo stesso modo, anche le condizioni idrogeologiche caratteristiche del sito hanno influenza su queste decisioni. Siti con basse permeabilità o rocce fratturate che causano dei percorsi discreti dell’acqua possono richiedere apporocci ad hoc. Contrariamente ai pozzi di approvvigionamento acqua, quelli installati ai fini del monitoraggio o nei programmi di bonifica sono spesso installati in zone a bassa permeabilità. Talvolta è necessario 2. Pag. 10/12 Raccolta passiva del campione EPA – GROUND WATER ISSUE DOCUMENTO EPA/540/S-95/504 – Aprile 1996 La raccolta passiva del campione richiede l’inserimento del manufatto nell’intervallo fenestrato per un tempo tale da permettere di ottenere un certo equilibrio tra flusso sotterraneo e campione prima dell’estrazione e successiva analisi. Concettualmente, l’estrazione di acqua da un pozzo a bassa permeabilità si avvicina di più alla raccolta d’acqua da zone insature e le tecniche di campionamento passivo possono risultare più appropriate in termini di ottenimento di un campione “rappresentativo”. Riuscire ad ottenere i volumi di campione richiesti è normalmente un problema con questo tipo di approccio. B. Formazioni di roccia fratturata In questo tipo di formazioni, è suggerito un approccio di tipo Low-Flow tendente a zero in fase di spurgo con l’utilizzo di packer. Anche sistemi passivi multistrato portano ad avere campioni “rappresentativi”. E’ comunque un imperativo in queste situazioni, prima di campionare, identificare i percorsi dell’acqua o le fratture che erogano acqua utilizzando un’adeguata strumentazione. Dopo aver identificato le fratture che erogano acqua, installare i packer e la pompa con i suoi accessori e utilizzare il metodo Low-Flow in modalità dedicata. In alternativa, utilizzare un equipaggiamento per il campionamento passivo che può isolare la frattura che eroga acqua. VI. Documentazione Le normali pratiche per documentare un qualsiasi campionamento devono essere utilizzate anche per spurgo e campionamento Low-Flow. Ciò include, come minimo: Informazioni su come è stato condotto lo spurgo (portata, abbassamento di livello, valori dei parametri di qualità dell’acqua, volumi estratti e tempi per effettuare le misure), dati relativi alle calibrazioni degli strumenti da campo ecc… Riferirsi alee figure 2 e 3 e a “Ground Water Sampling Workshop – A Workshop Summary (U.S.EPA, 1995) come formati di esempio e per eventuali suggerimenti ed informazioni sulla documentazione. Tali informazioni, insieme ai dati analitici di laboratorio e ai dati di validazione sono necessari per giudicare la “utilizzabilità” dei dati di campionamento. VII. Nota La “U.S. Environmental Protection Agency” attraverso i suoi Uffici di Ricerca e Sviluppo ha finanziato e diretto la ricerca qui illustrata come parte del proprio programma di ricerca e sotto il contratto N. 68-C4-0031 affidato a Dynamic Corporation. E’ stato sottoposto a revisione e approvato ai fini della pubblicazione come documento EPA da parte della Agenzia stessa. La menzione di marchi o prodotti in commercio non costituisce appoggio o raccomandazione all’uso degli stessi. VIII. Referenze 1. Backhus, D,A., J.N. Ryan, D.M. Groher, J.K. McFarlane, and P.M. Gschwend. 1993. Sampling Colloids and Colloid-Associated Contaminants in Ground Water. Ground Water, 31(3):466-479. 2. Barcelona, M.J., J.A. Helfrich, E.E. Garske, and J.P. Gibb. 1984. A laboratory evaluation of groundwater sampling mechanisms. Ground Water Monitoring Review. 4(2):3241. 3. Barcelona, M.J. and J.A. Helfrich. 1986. Well construction and purging effects on groundwater samples. Environ. Sci. Technol. 20(11):1179-1184. 4. Barcelona, M.J., H.A. Wehrmann, and M.D. Varljen. 1994. Reproducible well purging procedures and VOC stabilization criteria for ground-water sampling. Ground Water. 32(1):12- 22. 5. Buddemeier, R.W. and J.R. Hunt. 1988. 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