原创 海洋水质监测方法

2008-7-24 15:18 1413 5 5 分类: 工程师职场


及时获得海洋区域水体的的实时.动态,连续的水质数据.掌握水质环境的变化规律是相当重要的.
对流域灾害性污染事件和生态变化趋势进行长期实时监测、预警预报有多种方式和手段,生态浮标监测系统被证明是有效可靠和经济可行的手段之一, Endeco/YSI公司的浮标系统,美国和其它国家建立了数千个大小不同的监测点,布放在近岸海域、湖泊、河流、水库、沼泽长期监测水文、水质、生态参数的浮标已有1000多个,部分浮标的数据已直接上网公开向社会公众发布,全球有30多个国家和地区使用Endeco/YSI公司生产的生态浮标.
各监测点多数通过浮标系统来实施,简介Endeco/YSI公司的浮标系统应用。
n Dubai 湾
n Ras Al Khawr 保护区
n 67 种鸟类
n 研究城市的排放物
n 观测藻华事件
n 在浮标平台上增加了海水营养盐监测
n 为在比利时Oostende港的贝类养殖场提供数据
n Karenia brevis bloom in Florida
浮标监测系统:
• 使用YSI温,盐,深传感器监测温跃层和密度跃层的变化
• 跟踪浮游生物和蓝绿藻群落的垂直分布.
• 使用浊度传感器评价风暴潮的影响
• 监测溶解氧浓度和探测低溶解氧事件点
• 产生广泛的基线水质记录
2、设备选型及依据
浮标监测系统,分为浮体,供电系统,数据采集系统,数据发送系统.安全系统.
YSI作为一个提供完整系统的厂商.有完整的系统集成能力.
美国Endeco/YSI公司是国际知名的数据浮标制造商,有超过35年的生态浮标生产经验。在美国有数千台数字生态浮标投放在近岸海域、湖泊、河流、水库、沼泽长期监测水质生态参数.全球有30多个国家和地区使用Endeco/YSI公司生产的数字生态浮标。在亚洲的中国、日本、韩国、印尼、新加坡、马来西亚、越南、台湾等国家和地区广泛使用Endeco/YSI公司的数字生态浮标监测水质生态状况。
YSI公司1993年就取得了ISO9001质量认证。1999年取得ISO14001环保认证。2000年12月美国联邦政府授予YSI公司为NEAT(美国环保成就进程)计划特许成员。其技术在国际上普遍被接受为行业标准。
浮标系统水上硬件的介绍
3、YSI生态浮标监测系统的介绍
生态浮标投放自然海域的水体进行水质生态参数监测,它是完整的系统,应具有优秀测量功能,无故障数据无线传输、完备自供电系统,这些部分应该能耐受严峻的海洋环境,实现运行周期长,维护量小,测量的参数符合要求:
◆ 选择能够进行长期,稳定,可靠的水质监测参数(水温/溶解氧/pH/氧化还原电位/电导/盐度/浊度/叶绿素/蓝绿藻/营养盐等)、
◆ 同步测量气象和水文参数(风速/风向/雨量/波浪/流态分布等)
◆ 优异的数据存储能力和可靠处理功能
◆ 集成器应该按照要求设定系统的监测和控制功能
◆ 通讯器件的无故障的数据无线传输功能
◆ 软件应实现异常状况报警功能
◆ 可反复充电的优量充电电池为浮标系统提供自供电功能,高效太阳能板
传感器和系统的其它器件运行维护量少.
◆ 耐受海洋环境(强风,大浪,船舶冲撞,强烈阳光等)的卓越能力
4、海洋生态浮标系统的介绍
◆ 浮标体
浮标体是整个系统的平台,所有仪器设备都负载其上,浮体应具保护功能,采用杜邦公司高分子材料,使用它做为浮体材料,极耐碰撞.
◆多参数水质监测仪
选用美国YSI公司YSI6600V2多参数水质监测仪,同时监测溶解氧、叶绿素、浊度、pH、氧化还原电位、电导、盐度、水温,所有传感器自动清洁,可存储150,000测量数据,带有电池仓,可提供自备电源,运行维护量很小,为海洋的长期水质监测特别设计。
◆ 数据采集控制系统采用数据采集控制器,具有强的控制能力、有效的控制其附属系统,兼有广泛的兼容性和扩展性,极低的故障率,适合野外环境的长期使用
EcoNet-Console – Monitoring and Sensing platform
◆ 太阳能供电系统
三块高性能太阳能电池板,太阳板上涂覆塑料保护层,耐磨、耐刮、耐碰撞,并能抵受严峻的海洋腐蚀性环境,机械刮擦造成龟裂不影响太阳能板正常工作。海洋级水密太阳能电池接头,连接高稳定性蓄电池。
◆ 无线通讯系统
• 采用Econet
• GSM/GPRS
• CDMA
◆ 双锚定回收系统
主锚采用专利技术菱形锚,牢牢吸进海底底泥,具有很强的固着能力,付锚便于回收生态浮标。
◆ 警示灯标与雷达反射器
选用EMM Tidelands 警示灯和雷达反射器,避免过往船只碰撞。
下面分别介绍生态浮标各组成的详细特性
5.浮体特性
◆ 采用杜邦的超强离子聚高分子材料制作浮体。
◆ 采用耐海洋腐蚀的不锈钢支承架,安装太阳能板、通讯天线、警示灯标、雷达反射器配件,以及浮标吊装连接件、维护支撑件。
◆ 密封防水的控制室;内有数据采集控制器、蓄电池系统和监测温度/湿度状态传感器,控置室的不锈钢底部透过稳定硾直接与水体充分接触,用以调节密封室内温度水平,以防夏天因密封室内高温导致损坏仪器设备。避免冬天密封室内过冷.
◆ 双锚定回收系统,海洋浮标的专利产品,主锚牢固吸附在海底、河底、湖底的底泥,确保浮标不被强风、急流卷走,副锚作用是为浮标提供附加的拉着能力,确保方便回收浮标系统。
浮标体的优点
采用杜邦公司高分子材料。组织细胞非常强韧和致密,具有◆ 浮体重量轻、浮力高;抗渗水性强。
◆ 不会导致燃料及化学品渗透;不会产生火灾,安全性能好。
◆ 颜料、紫外稳定剂及抗氧化剂直接均匀地整合至高分子材料的骨架内,非常耐用,不用上漆。
◆ 浮体成形后,经过特殊表层高温高压加密,形成一层异常强硬的一体性外皮,具防撞自身保护性能,碰撞时不会损坏碰撞物,自身也不损坏,
◆ 优越的性能
◆ 稳定的聚合物
◆ 通体固体颜色浮标
◆ 能有效保护测量仪器;此层的抗腐蚀性很强,能抵抗海洋生物沾附。
◆ 极端耐用,可承受枪弹等破坏.
◆ 低维护量,长使用寿命代表在整个使用周期内维护成本低廉。
◆ 高浮力/重量比:可在较小、较易携带的浮标上得到更大的载重量;易于存放及搬迁,置于甲板上亦非常安全。
◆ 耐受台风、暴风雪等恶劣环境气候能力极强。
6、多参数水质监测仪
YSI6600V2多参数水质监测仪详见附录1。
NPA营养盐监测仪器见附录2。
7、数据采集控制系统
数据采集控制器是生态浮标的大脑,控制能力和运行稳定性是浮标系统的关键性能之一,采用数据采集控制器,
集成器的特点如下:
◆ 功能灵活,模块化结构,极强的兼容性和扩展性
◆ 数据采集控制功能标准化配置,数据采集、转换模块灵活、稳定和可靠
◆ 可靠性高,故障率低
◆ 数据记录、控制和传输能力强
◆ 使用快闪存储器作内存;断电时数据不会丢失。
◆ 可编程扫描采样速率.
◆ 使用蓄电池供电,系统工作不受断电影响。耗电量极低,一个标准12V的蓄电池可以维持集成器近长达数月正常工作(视外围设备及采样频率而 定)。
8、太阳能供电系统
装配有三块美国海洋级超强太阳能板,为抗击阳光老化,涂覆塑料保护层,耐磨、耐刮、耐碰撞,能耐受严苛的海洋腐蚀性环境,即使机械刮擦造成龟裂也不影响太阳能板正常工作。备用蓄电系统为高性能蓄电池。太阳能板与蓄电池连接使用海洋要求的水密太阳能电池接头。整套太阳能供电系统在连续近一月的天阴雨天仍能正常为系统工作供电。
9、无线通讯系统
采用数字调制解调器GSM和CDMA和GPRS。水质监测数据实时无线传输.
YSI ECONET NODE
10、双锚定回收系统,装有警示灯标和雷达反射器
双锚系统:主锚采用YSI/ENDECO专利菱形锚,紧锢牢吸海底底泥中,产生很强的固着能力,副锚的作用是为浮标提供额外的锚定固着力,强化浮标抵抗台风、急流、巨浪的能力及方便回收浮标。
警示灯和雷达反射器是为通行船只提供指示,避免碰撞,选用EMM Tidelands 警示灯和雷达反射器,可编程设定灯光闪烁周期.参数符合海洋航管部门的要求。
附件1
仪器的选型及性能介绍
1、 pH、温度、电导率、溶解氧和浊度与叶绿素测量仪
1.1. 设备选型及依据
五参数(pH、温度、电导率、溶解氧和浊度)
采用美国YSI公司的6600V2型多参数水质监测仪器,
· 该仪器可以直接投放到海洋、河流、湖泊、
水库,进行长期实时水质测量。
· 溶解氧测定采用快速脉冲方法,完全不受流速的影响,静止状态水中也可以准确测量。水体参数因搅拌而有明显变化,由于快速脉冲方法不需搅拌器,真实测量水体的各项参数.
· YSI 6600V2型是特为长期海洋水质监测而设计。传感器前端配有自动清洁刷,使溶解氧、pH、ORP、浊度、叶绿素探头能抵受长期沾污之影响,探头保持长期稳定。
YSI浊度
带有自清洁刷,按照设定间隔清洁光学表面,获得真实的水体浊度的读数,安装于YSI的6系列仪器上.
叶绿素
采用美国YSI公司的6025型叶绿素探头依据是:
6025型叶绿素探头可直安装在6600V2型多参数水质监测仪器上使用.
叶绿素的传统测试采提取分析方法,测试程序耗时,需要有经验的分析人员方能确保良好的数据及长期的一致性;且不能用于连续监测。叶绿素的连续监测通常用上现场荧光仪,可是现场荧光仪一般都体积较大且价钱昂贵。1999年,YSI公司使用其光纤技术,成功地把现场荧光仪缩小至一个探头的大小,可直接安装于YSI多参数水质监测仪,实现了轻便、操作简单,经济的叶绿素监测。
6025叶绿素传感器是基于叶绿素的荧光特性,传感器向水体照射一适当波长的光束(~470毫微米),叶绿素受激发后释放出荧光(~670毫微米),并测量的释放出的荧光强度。测试方法方便,不需要有经验的分析人员与实验室设备。可用于叶绿素的连续监测,观察浮游生物生长趋势。由于测量在水体中直接进行,不需象传统的方法把细胞搅碎,故能真实反映细胞中叶绿素在现场条件中活性表现。
由于测试是基于现场结果,可获取实时读数,对于水体中出现的特殊状况(如赤潮),可即时作出及时判断和预报. BGA-PE藻红蛋白传感器
(藻红蛋白)传感器,基于藻红蛋白的荧光特性.研发的新型光学传感器.及时观察海洋和近海的蓝绿藻的变化趋势.有效预测有害藻华的爆发.
不需花长时间的计数.相对于同类传感器来比,浊度,叶绿素的对蓝绿藻测量干扰降到一个合理的水平
1.2. 产品认证
1993年YSI取得ISO9001质量认证,在1999年取得ISO14000环保认证。2000年12月13日美国联邦政府向YSI公司颁授NEAT(国家环保成就进程)计划特许成员。全美只有200多家企业拥有此荣誉。
YSI多参数水质监测仪获得美国ETV认证,该机型和传感器在国际市场上被普遍接受为行业标准外,其中6820/6920型多参数水质监测仪于1998年通过国家质量技术监督局的技术鉴定,并获颁发的“中华人民共和国计量器具形式批准证书”,证书编号为:98-C211。(注意:6600型与6820/6920型为同一系列产品; YSI 6600V2型多参数水质监测仪测量方法符合以下国家或国际标准:
· 水温: 热敏电阻法
· 溶解氧:GB11913-89(电化学探头法)
· 酸碱度:GB6920-86(玻璃电极法)
· 电导率:GB6908-86(电计法)
· 浊度: ISO7027(90度散射法)
· 叶绿素(In Vivo[体内―在浮游生物/藻类体内]荧光法)
· 蓝绿藻BG-PE(荧光法)
1.3. 仪器技术性能
(1) 数据存储
YSI 6600V2仪器自身的记录存储器为快闪存储器,能恒久存贮,直至人为地删除,不会因断电而丢失。可存储高达15万个读数。
(2) 仪器接口
仪器具有RS-232和SDI-12接口。YSI 6600V2与数据采集平台的连接以SDI-12为佳. 。SDI-12接口在欧州和美州已开始成为在线监测仪器和传感器的接口标准。SDI-12和RS-232相比,SDI-12可以作单线多点连接,连接距离可超过100米。另外,SDI-12除可以作数据传输,也可同时向仪器供电。
(3) 电源供应
透过SDI-12连接,数据采集器可向YSI6600V2直接供电。YSI 6600V2带有电池室,一套碱性电池可提供75~90天的操作(15分钟采样率,25°C工作温度),可确保在整个监测系统完全断电的情况下不会丢失任何数据,提供数据测量的有效保障。
(4) 采样间隔
YSI 6600V2的测量频次(间隔)可以设定根据需要设定.将采样间隔设定为每15分何30分钟分别采用以下测量方法:

YSI传感器介绍:
· 温度:热敏电阻法。热敏电阻的外套筒采用钛金属,具有导热快和耐腐蚀的特点。
温度/电导传感器 电导率:四电极流通式电导测量管法,20年来一直使用,尤其适合在野外使用,具有沾污小、维护少的特点。
· 氧化还原电位(ORP):铂电极法,与pH电极结合为单一探头,
·
共用参比电极。 PH/ORP探头PH/ORP传感器
· 溶解氧:快速脉冲-极谱法。不需搅拌,耐沾污,维护周期长,自动温度、盐度补偿。
溶解氧传感器
· 浊度:90度散射法。符合ISO7027标准。带有机械清洁刷,根据用户采样时间和环境条件设定自动清除光学传感器转刷的参数表面的污物,保证读数的准确性。获得高精度的数据,优化的传感器光学设计,可将环境对测量的干扰明显降低。
● 浊度探头
· 叶绿素:In Vivo(体内:在浮游生物/藻类体内)荧光法,测量在水体中直接进行,不需把细胞搅破和复杂的萃取.。

叶绿素传感器
· 蓝绿藻. 荧光法.快速,及时地反映水体的蓝绿藻的数量变化趋势.不需带回实验室进行计数.
BGA-PE
(5) 技术规格
· 酸碱度
测量范围 0至14 pH
准确度 ±0.2 pH
分辨率 0.01 pH
温度补偿功能 自动
清洗装置 自动机械清洁刷

· 温度
测量范围 -5至+50°C
准确度 ±0.15°C
分辨率 0.01°C
清洗装置 长期稳定,不需经常清洗
· 电导率
测量范围 0至100mS/cm(自动量程选择)
准确度 读数之±0.5%+1μS/cm
分辨率 0.001mS/cm-0.1mS/cm(视量程而定)
清洗装置 长期稳定,不需经常清洗
· 溶解氧
测量范围 0至50mg/L,0-500%空气饱和度
准确度 0至20mg/L: ±2%或0.2mg/L,以大者为准
20至50mg/L: ±6%
0至200%: ±2%,或2%空气饱和度,大者为准
200至500%: ±6%空气饱和度
分辨率 0.01mg/L,0.1%空气饱和度
温度补偿功能 自动
盐度补偿功能 自动
清洗装置 自动机械清洁刷
· 浊度
测量范围 0至1000 NTU,
准确度 读数之±2%或0.3NTU以较大者为准,在低浊度(40NTU以下)测试时的精度要比高浊度时为高
分辨率 0.1 NTU
清洗装置 自动机械清洁刷
· 叶绿素
测量范围 0至400μg/L叶绿素,或0至100% 荧光度
准确度 ±5%(荧光度)
分辨率 0.1 μg/L叶绿素,或0.1% 荧光度
清洗装置 自动机械清洁刷
· 蓝绿藻
测量范围: 0-200,000细胞/毫升
检出限:400细胞/毫升
清洗装置 自动清洁刷
电力分析仪 谐波分析仪 电力计 电能质量分析仪 电能质量监测仪 示波器 万用表 电流表

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