CN105548518A - 基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置及方法 - Google Patents

基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置及方法，包括浮标体，该浮标体上部设有气象设备安装塔架，还包括多参数水质传感器和采样池，水质传感器通过固定架安装在采样池上，且传感器探头位于采样池内部，采样池通过固定架安装在浮标体上部的气象设备安装塔架下；采样池内壁设有紫外灯，且采样池分别设有带蠕动泵的进水管和带电磁阀的排水管，所述蠕动泵的进水口与海水相通。本发明首次提出将水质传感器至于浮标的上方，放置位置在海水水面上方，测量完成后，排空测量液，使传感器至于空气中，利用便宜又高效的空气实现水质传感器的防生物附着，大大延长其使用周期，而且不用像传统方法那样储存或制备消毒液和清洗液，极大降低成本和安全风险。

Description

基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置及方法
技术领域
本发明涉及海洋环境监测领域，尤其涉及一种基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置及方法。
背景技术
海洋水质参数(海水温度、盐度、叶绿素、浊度、溶解氧、PH等)是海洋环境监测的重要内容，以往的船载出海采集水样、然后带回实验室检测的方法，由于海水在运输过程中，所处环境发生变化，导致实验室测量结果难以完全反映海水现场的性质，所以，逐渐被海水现场原位测量传感器所取代。但是水质传感器在海洋环境应用过程中，易受海水污浊和海洋生物附着的影响，大大减少其海上应用时间，因此，如何防止水质传感器受海水污浊，延长其海上工作周期，是目前面临的重要难题。
目前延长水质传感器在海上的工作周期，主要有两种方法，一种是水质传感器自身采用刷子清洗传感探头，或采用铜、工程塑料等特殊材料防生物附着。这种水质传感器可安装在浮标上，将水质传感器直接置于海水中进行现场观测，测量数据准确，还可利用传感器自身的防生物污浊特性，延长其在位工作周期，但长时间工作后，仍然不可避免的受到生物附着等影响。另一种方法就是抽水采样的方式，将水质传感器置于船舱或大型浮标舱内的采样池内，测量时将采样池内抽海水，测量后，排空采样池内海水，并将采样池内注入消毒液或清水等对水质传感探头进行保护，这样能够延长水质传感器的海上应用周期，但是存在如下不足，1)一个测量周期多次抽水排水，增加了系统的功耗；2)需要储备大量的消毒液或清水对水质传感器进行保护，或采用复杂的海水净化设备；3)对于船舱特别是无人值守的大型浮标，由于舱内储存大量水，进行复杂的抽水、排水、清洗、消毒等过程，还存在水泄露对舱室造成危害的风险。4)对于小型海洋水质浮标，由于其体积小，没有像大浮标那样的宽大的舱内空间，用于储存大量的消毒液及清洗水，上述方法不能直接使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置及方法，以克服现有技术的不足。
基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置，包括浮标体，该浮标体上部设有气象设备安装塔架，其特征在于还包括多参数水质传感器和采样池，水质传感器通过固定架安装在采样池上，且传感器探头位于采样池内部，采样池通过固定架安装在浮标体上部的气象设备安装塔架下；采样池内壁设有紫外灯，所述的紫外灯设置至少三组，每组间隔120度布置，每组均包含多个紫外灯，且每组紫外灯自上而下沿采样池内壁进行设置；且采样池分别设有带蠕动泵的进水管和带电磁阀的排水管，所述蠕动泵的进水口与海水相通。
上述采样池底部设有超声清洗器。
利用上述装置对海水水质进行测量之后的清洗的方法，所述的对海水水质进行测量是：通过蠕动泵抽取海水到采样池中，并使多参数水质传感器仪探头部分完全浸没在海水中，稳定后进行测量，
其特征在于包括以下步骤：
测量后，首先通过超声波清洗器对传感探头进行清洗，完成后，打开采样池下面的电磁阀，排空采样池，再利用紫外灯对传感探头进行杀菌消毒，然后使传感器探头直接置于采样池的空气中，并利用空气对该探头形成有效保护。
紫外灯围绕水质传感器探头一周设置3组，每组之间间隔120度，保证对探头完全覆盖，彻底杀菌消毒。
本发明首次提出将水质传感器至于浮标的上方，放置位置在海水水面上方，测量完成后，排空测量液，使传感器至于空气中，利用便宜又高效的空气实现水质传感器的防生物附着，大大延长其使用周期，而且不用像传统方法那样储存或制备消毒液和清洗液，极大降低成本和安全风险。
现有的小型海洋水质浮标主要有直接将传感器至于水中的原位方式和抽水取样的方式。直接将传感器至于海水中的原位测量方式，利用传感器自身的防生物污浊特性，将水质传感器直接置于海水中进行现场观测，测量数据准确，但仍然不可避免的受到生物附着等影响。抽水取样方式，小型浮标体积小，没有像大浮标那样的宽大的舱内空间，而且将在舱内抽水、排水、清洗等还存在水泄漏的危险。针对于以上诸多不利因素，本发明利用了小型浮标距离海水表面比较近、上层气象观测结构比较紧凑等条件，以及新型超声、紫外消毒方法，从而首次提出将多参数水质传感器安装于小型浮标上部，测量时抽水至采样池内，测量后，首先通过超声波对传感探头进行清洗，再排空海水，利用紫外灯对传感探头进行杀菌消毒，然后不测量时使传感器直接置于采样池的空气中，利用空气对传感器进行保护，有效减少生物污浊，延长传感器的使用周期，而且结构简单，易于操作，为海洋水质传感器的长期运行提供了一种新方法。
附图说明
图1是本发明水质检测方法原理图。
图2是本发明基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置结构示意图。
其中，1.多参数水质传感器、2.水质传感器固定架、3.采样池、4.采样池固定架、5紫外灯、6超声波清洗器、7.电磁阀、8.排水管、9海水进水管、10蠕动泵、11.气象设备安装塔架、12浮标体、13海面。
具体实施方式
如图1、2，基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置，包括浮标体12，该浮标体12上部设有气象设备安装塔架11，其特征在于还包括多参数水质传感器1和采样池3，水质传感器1通过固定架2安装在采样池3上，且传感器探头位于采样池3内部，采样池3通过固定架4安装在浮标体12上部的气象设备安装塔架11下；采样池3内壁设有紫外灯5，且采样池3分别设有带蠕动泵10的进水管9和带电磁阀7的排水管8，所述蠕动泵10的进水口与海水相通。
上述采样池3底部设有超声清洗器6。经试验发现单独使用超声清洗器效果并不理想，只有在超声清洗之后经过紫外杀菌消毒才能起到真正的清洗和防附着效果。
水质传感器1的探头中有很多是光学检测原理，如浊度、叶绿素、溶解氧等探头，都是光学传感面向下，所以超声波清洗器6至于水质传感器1探头正下方，发射超声波方向向上正对着水质传感器1探头，超声波清洗时，利用采样池中的海水作为液体介质，实现对探头的有效清洗。
紫外灯5围绕水质传感器1探头一周设置3组，每组之间间隔120度，保证对探头完全覆盖，彻底杀菌消毒。
之后，本装置布设于海面之上，与浮标体12内部的仪器舱、气象设备安装塔架11上搭载的设备等组成浮标综合监测系统，能够实现水质长期在线监测。
多参数水质传感器1选用YSI公司的EXO2多参数水质传感器，测量参数包括水温、盐度、浊度、叶绿素、溶解氧、PH值等。
采样池3选用黑色工程塑料的密封池，容量2升，既能满足测量需求，又进行减少抽水体积。
蠕动泵10选用德国BT-100E/153Y，具有抗腐蚀、低功耗、直流(24伏以下)电源供电、易维护、扬程3米以上等优点。
电磁阀7选择德国Burkert公司生产的PPS分析电磁阀，具有耐海水腐蚀性特点。
测量时，通过蠕动泵抽取海水到测量池中，并使水质仪探头部分能够完全浸没在海水中，稳定后进行测量，由于小型浮标体积小，距离海面比较近，约1米左右，虽然是将海水抽到海面上进行测量，环境略有变化，但总体基本一样，测量结果与原位海水测量基本一样，保证测量结果准确。
测量后，首先通过超声波清洗机对传感探头进行清洗，完成后，打开测量池下面电磁阀，排空测量池。再利用紫外灯对传感探头进行杀菌消毒，然后使传感器直接置于采样池的空气中，这样海洋微生物几乎不可能在传感器探头中附着生存，利用空气有效减少海水污染和生物附着，延长传感器的使用周期。基于此，可以大大减少生物附着。该方法直接利用空气对传感器进行保护，结构简单、有效、成本低。浮标上不需要装载大量消毒液和清洗水，不仅克服浮标舱内存水可能泄露的风险，而且大大降低了消毒液、清洗水制备的成本。不需要使用消毒液，也不会对环境造成影响。不需要装载大量消毒液和清洗水，克服了小型浮标体积有限的不足，可推广应用到小型浮标上。整个测量置于浮标体外，与重要的仪器舱完全隔离，对浮标的安全性不造成任何影响。

Claims (5)

1.基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置，包括浮标体(12)，该浮标体(12)上部设有气象设备安装塔架(11)，其特征在于还包括多参数水质传感器(1)和采样池(3)，水质传感器(1)通过固定架(2)安装在采样池(3)上，且传感器探头位于采样池(3)内部，采样池(3)通过固定架(4)安装在浮标体(12)上部的气象设备安装塔架(11)下；采样池(3)内壁设有紫外灯(5)，所述的紫外灯(5)设置至少三组，每组间隔120度布置，每组均包含多个紫外灯(5)，且每组紫外灯(5)自上而下沿采样池(3)内壁进行设置；且采样池(3)分别设有带蠕动泵(10)的进水管(9)和带电磁阀(7)的排水管(8)，所述蠕动泵(10)的进水口与海水相通。
2.如权利要求1所述的基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置，其特征在于所述的采样池(3)底部设有超声清洗器(6)。
3.如权利要求1所述的基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置，其特征在于多参数水质传感器(1)选用YSI公司的EXO2多参数水质传感器，测量参数包括水温、盐度、浊度、叶绿素、溶解氧、PH值。
4.如权利要求1所述的基于小型浮标的海洋水质长期在线监测装置，其特征在于采样池(3)选用黑色工程塑料的密封池，容量2升。
5.利用权利要求1所述的装置对海水水质进行测量之后的清洗的方法，所述的对海水水质进行测量是：通过蠕动泵(10)抽取海水到采样池(3)中，并使多参数水质传感器(1)仪探头部分完全浸没在海水中，稳定后进行测量，
其特征在于包括以下步骤：
测量后，首先通过超声波清洗器(6)对传感探头进行清洗，完成后，打开采样池(3)下面的电磁阀(7)，排空采样池(3)，再利用紫外灯(5)对传感探头进行杀菌消毒，然后使传感器探头直接置于采样池的空气中，并利用空气对该探头形成有效保护。
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