Pumpetyper, forpumpning og vandprøver

Disposition Pumpetyper Pumpevalg og pumpeplacering Renpumpning Forpumpning Feltmålinger, filtrering og prøvetagning Kemiske processer under prøvetagning Eksempler Konklusion

Centrifugal sugepumpe Virkemåde for Jonsered-pumpen: I sugepumper skaber pumpen et undertryk i prøvetagningsslangen, hvilket trækker prøven op igennem slangen. Centrifugalpumpe, hvor et pumpehjul eller lignende slynger vandet ud af pumpehuset og til afgang. Max løftehøjde 8 m Max ydelse 30 l/min

Centrifugal dykpumpe, fx Whale, MP1, SQE Max ydelse fra 2 – 80 l/min. Max løftehøjde fra 10 - 90 m

Membranpumpe, fx AP1 Max ydelse 3-5 l/min. Max løftehøjde ca 30m.

Montejuspumpe, Montejusboring

Pumpevalg Pumpens dimensioner og ydelse skal være i harmoni med boringens dimension og ydeevne. Pumpens placering er i princippet ligegyldig, men anbefales sat lige over filter (aht.annulusvand og køling) Pumpens egenskaber skal leve op til analyseprogrammets fordringer.

Renpumpning Renpumpning er den første pumpning af en boring efter dens etablering Renpumpning foretages normalt af brøndboreren indtil vandet er klart Formålet er: At fjerne suspenderet stof der kan rives med ved vandbevægelsen At fjerne rester af boremudder og procesvand At erfare boringens egenskaber, (ydelse og sænkning) At registrere boringens egenskaber til senere brug ved drift og prøvetagning. Mange oplysninger kan hentes i GEUSs Jupiterdatabase med DGU-nr som indgang.

Renpumpning: Suspenderet stof i nyetableret boring Efter nogle timers pumpning bliver vandet klart. Pumpens ydelse har betydning.

Forpumpning

Forpumpning Forpumpning er den nødvendige pumpning der klargør boringen til prøvetagning Forpumpningen foretages af den, der skal tage prøverne, da processen er integreret. Forpumpningns formål er at sikre, at det vand der udtages til prøve, repræsenterer det grundvandsmagasin eller den situation, der ønskes beskrevet. Desuden at registrere de oplysninger, som er flygtige, det vil sige at væsentlige oplysninger, som ikke kan analyseres inde på laboratoriet, bliver registreret on-site. Forpumpning danner oplæg til feltmålinger:

Annulusvand Annulusvand er det ”gamle” vand der står i borerøret over pumpen Når der pumpes, sænkes vandspejlet, og annulusvand trænger nedad, og blander sig med det friske vand fra boringens filter Annulusvandets skadelige virkning fjernes ved at forpumpe med en passende afsænkning (pejlinger). Før feltmålinger og prøvetagning sættes pumpens ydelse ned. Herved stiger vandspejlet lidt, således at der kun er frisk vand ud for pumpens indtag.

Feltmålinger: Definitioner og formål Feltmålinger er i denne forbindelse on-site målinger umiddelbart mens vandet pumpes op Feltegnede parametre er disse, som ikke egner sig til at blive båret på laboratoriet, fx: Ilt, pH, eH, temperatur, sulfid, pejling m.fl. Feltnødvendige parametre er disse, som før prøvetagningen fortæller en historie om forløbet og kvaliteten af forpumpningen, fx: Ilt, pH, eH, temperatur, ledningsevne, pejling, flow, vandets farve og klarhed. Formålet med feltmålingerne er: At have kontrol over forpumpning og prøvetagning At måle feltegnede parametre i felten At skabe boringens fingeraftryk og unikke identitet til støtte af tolkning af analyseresultater

Præsentation af feltmåleudstyr Forskellige typer af flowceller giver forskellig respons Serieforbundne flowceller - normal responstid Stor flowcelle - midling over tid Mikroceller - hurtig respons, . - små vandmængder

Feltmålinger og Grundvandsprøver Princip for forpumpning og prøvetagning af boring

Filtrering og prøvetagning Vores praksis er at filtrere vand til metalanalyser i felten Ufiltreret vand der konserveres med syre vil give for høje resultater Senere udfældninger i flasken kan genopløses, da det var opløst i vandet ved prøvetagningen Filtrering sker som On-line trykfiltrering Prøvetagning og fyldning af flasker efter laboratoriets anvisning (forlang flaskeliste med parameterangivelse samt fyldningsvejledning)

Kemiske processer under prøvetagning Udveksling af gas med atmosfæren (I) Ilt: partialtrykket af ilt i atmosfæren er normalt højere end i prøven. Prøven optager ilt, ved utætheder, og diffusion gennem slanger ved meget lavtydende boringer, samt ved henstand. Ilt reagerer med især jern, mangan og sulfid i prøverne, der således mistes til senere analyse. Iltkoncentrationen giver vigtig information om prøvens redoxmiljø. Ilt måles bedst online, da enhver senere prøvehåndtering indebærer risiko for kontaminering af prøven med ilt. Måling af eH og O2 giver mulighed for kvalitetetskontrol af begge parametre

Kemiske processer under prøvetagning Udveksling af gas med atmosfæren (II) Kuldioxid: partialtrykket af CO2 i atmosfæren er normalt 10 gange mindre end i grundvandet. Prøven mister CO2, ved utætheder, vandplaskeri samt opbevaring. HCO2- + H+→ CO2 (g  ) + H2O Tab af kulsyre får pH til at stige i prøven. Ændringer i pH kan få kalk og andre stoffer til at fælde ud. pH måles bedst online, da enhver prøvehåndtering indebærer risiko for tab af kuldioxid.

Det er surt at måle pH - afgasning af kuldioxid Boring 8.1 Hvinningdal pH- under omrøring Klokkeslet

Kemiske processer under prøvetagning Udveksling af gas med atmosfæren (III) Sulfid: Iltes meget let ved håndtering. Bedst at lave feltanalyse for at begrænse stoftab- simpel fotometri. Metan: Tabes meget let til atmosfæres. Lille molekyle- ikke særligt reaktiv, skønt det er et stærkt reduceret stof. Ingen nem feltanalyse tilgængelig. CFC: Prøven forurenes meget nemt med atmosfærens højere indhold, andre parametre kan antyde atmosfærisk påvirkning af prøven

Eksempel 1: Prøvetagning med utilstrækkelig forpumpning Utilstrækkelig forpumpning betyder at annulusvandet stadig smitter af på selve analyseresultatet. Anulusvandet er ofte i kemisk ligevægt med atmosfæren, dvs ilt og karbonatsystemet er påvirket, hermed er udfældning af jern, kildekalk osv. muligt. Der kan også være tale om utætte boringer, hvor det indtrængede vand har en meget anderledes kvalitet, og hvor annulusvandet ikke blot er i ligevægt med atmosfæren men tillige har spor af fremmed vand.

Lavtydende boring med annulusvand i prøven. Kemikeren opdager ved modtagelsen af analyseresultatet at vandkvaliteten ikke ligner almindeligt grundvand. Vandanalyse: Boring 20.1 –DGU-nr. 71.748 dato NO3- NO2- HCO3- SO4- - NH4+ Ca++ Mg++ Fe+ + Mn++ pH ledevn O2 H2S CH4 eH   mg/l mS/m mV 1-10-03 0,6 0,07 410 66 0,320 190 0,28 0,01 <0,005 12,25 199,3 3,80 0,02 -133 7-6-04 2 0,06 100 0,290 70 4,9 <0,01 11,11 69,4 1,88 -81 17-6-04 3,1 0,05 128 110 0,300 103 7 0,03 9,90 65,6 2,58 0,036 -140 23-6-05 0,82 290 140 0,260 129 13,5 0,24 8,01 83,7 1,40 <0,02 -143

Boringsteknik og prøvetagning Bemærk meget lavtydende boring, med meget stor sænkning, og oppumpning ikke meget større end den mængde vand der stod i røret. Filter 38-40 m.u.t i 90 mmØ rør

Feltmålinger anvendt til afklaring af problemet

Vandkemi under forpumpning

Eksempel 1: Konklusioner Der er alene prøvetaget anulusvand med en smule friskt vand fra boringen Feltmålinger viser tydeligt at en forpumpningstid på mindst 4 timer er nødvendig ved den lave ydelse, alternativt bør boringen tømmes hurtigt et par gange før prøven tages. Det blev besluttet at sløjfe boringen som uanvendelig og upraktisk.

Eksempel 2: Feltmålinger i utæt boring DGU-nr. 86.1026 Boringen er 114 m dyb Boret i 1970, og foret med muffede PVC-rør samlet med skruer Indvendig diameter 180 mm Filter fra 99 – 114 mut. Filter står i miocæn glimmer- og kvartssand Vsp. er 22 mut Den fremherskende vandtype i området er ionfattig (15-25 mS/m) og sur (pH 5,9 – 6,5)

Planlægning af forpumpning Forudsætninger: Løftehøjde = 22 m + afsænkning + tryktab i 50 m slange, Boringen forventes at være højtydende Gæt på samlet løftehøjde er 22+5+28 = 55m Volumen i forerør og filter er 2.350 l Pumpevalg (tabel): Grundfos SP8A-12 Indstilles til 4 m3/t = 66 l/min (hent pumpen på hylden!) Vandet i forerør og filter vil være fornyet efter 36 min pumpning

Planlægning af forpumning Der påregnes udført feltmålinger for: At kontrollere forpumpning At beslutte prøvetagningstidspunkt At måle ledningsevne, pH, eH, O2, T og HS som direkte resultat til analyseblanketten.

Ledningsevne og vandmængde

Ledningsevne og pH

Ilt og temperatur

Ledningsevne og redoxpotentiale

Eksempel 2, utæt boring: Konklusion Udviklingen i feltparametre viser symptomer på utæthed: Vandet ændrer karakter når forerør er tømt Boringen kan bruges til overvågning, hvis forpumpning og prøvetagning planlægges og gennemføres som vist. 13 prøvetagninger gennem 14 år viser reproducerbare resultater Der blev fundet en ny og overraskende vandkvalitet for området, ledningsevne 35 mS/m og pH 7,5 som følge af omhyggelig planlægning og udførelse af feltarbejdet

Konklusion Visse parametre udføres bedst som feltanalyse, Ilt, pH (og sulfid) Feltanalyser er nyttige til at sikre at prøvetagningen er korrekt udført. Feltanalyser kan afsløre ”dårlige boringer” Feltanalyser kan benyttes til at tilrettelægge prøvetagning, i ”fremmede” boringer der prøvetages første gang. Det er vigtigt at huske at lave løbende feltanalyser, for at se om forpumpningen er tilstrækkelig

Litteratur: Grundvandsboringer, Århus Amt: www.aaa.dk Tekniske anvisninger for Grundvandsovervågning: www.geus.dk Håndbog i prøvetagning af jord og grundvand, Amternes Videncenter for Jordforurening: www.avjinfo.dk