水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀在某水庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

祝一欣 李嘉海

摘要：水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀已被廣泛應(yīng)用于飲用水水源地、江河湖庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，某水庫采用YSI 6600V2型水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀與Hydrolab DS5水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀對(duì)庫區(qū)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。文章通過兩款儀器對(duì)葉綠素a、溶解氧、pH、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，結(jié)合實(shí)際使用情況提出了在監(jiān)測(cè)中存在的優(yōu)點(diǎn)與不足。

關(guān)鍵詞：水庫；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀；飲用水；監(jiān)測(cè)結(jié)果 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X522 文章編號(hào)：1009-2374（2016）10-0092-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.045

1 概述

某水庫位于長(zhǎng)江入?？冢蜻|闊，部分區(qū)域水深較淺，流動(dòng)性較差，夏季有藻類增殖的隱患；冬季受咸潮侵襲，對(duì)水庫水質(zhì)造成威脅。隨著水庫氣象、水文、水動(dòng)力等因素不斷變化，水庫水質(zhì)參數(shù)在時(shí)間和空間的分布呈現(xiàn)出不規(guī)律的特征，僅依靠每天一次的實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)檢測(cè)無法滿足水庫水質(zhì)監(jiān)管和安全供水的要求。因此，該水庫配備了YSI 6600V2型水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀和Hydrolab DS5水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)，利用無線通信技術(shù)通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)了解水庫水質(zhì)變化情況，為水庫調(diào)度運(yùn)行提供依據(jù)。然而關(guān)于該類儀器的研究不多，尤其在實(shí)際使用中的適用性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等尚缺乏相關(guān)的資料和報(bào)道。本文依據(jù)我國(guó)水質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)YSI 6600V2型水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀和Hydrolab DS5水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀在葉綠素a、溶解氧、pH、電導(dǎo)率等方面的監(jiān)測(cè)情況與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和分析，為該類儀器的實(shí)際使用提供思路和方法。

2 材料與方法

2.1 儀器

YSI 6600V2型水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱6600多參數(shù)儀）、Hydrolab DS5水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱DS5多參數(shù)儀）、溶解氧測(cè)試儀帶水溫功能（型號(hào)：HQ40d LDO）、pH測(cè)試儀（型號(hào)：senION MM340）、電導(dǎo)率測(cè)試儀（型號(hào)：senION EC5）、分光光度計(jì)（型號(hào)：DR2800）。

6600多參數(shù)儀已使用3年時(shí)間，DS5多參數(shù)儀已使用4年時(shí)間。DS5多參數(shù)儀通過數(shù)據(jù)線連接電腦，操作軟件為OTT Hydras3LT，6600多參數(shù)儀通過數(shù)據(jù)線連接電腦，操作軟件為Eco watch。兩臺(tái)多參數(shù)儀的構(gòu)造、工作原理、操作方法、通訊方式大致相同。

2.2 方法

2014年7月6日、7月7日、7月8日、7月9日、7月10日，采集水庫輸水區(qū)水樣，分別進(jìn)行儀器測(cè)定和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。其中實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的葉綠素a由分光光度法完成，溶解氧、pH、電導(dǎo)率指標(biāo)由儀器完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 葉綠素a

葉綠素a是藻類預(yù)警監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)之一，也是水庫長(zhǎng)期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的水質(zhì)指標(biāo)之一。目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量葉綠素a主要采用分光光度法，通過90%丙酮提取水樣中的葉綠素a，提取過程需要避光24小時(shí)，再通過分光光度計(jì)進(jìn)行分析。6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀采用熒光法測(cè)定水樣中葉綠素a的含量。熒光法是利用水中藻類葉綠素a發(fā)出的熒光強(qiáng)度來反映葉綠素a的含量，從而進(jìn)一步測(cè)量藻類葉綠素a的方法。熒光法已經(jīng)由EPA（美國(guó)環(huán)境保護(hù)署）認(rèn)證成為測(cè)量葉綠素a的標(biāo)準(zhǔn)方法。7月6～10日，由實(shí)驗(yàn)室、6600多參數(shù)儀、DS5多參數(shù)儀所測(cè)得的葉綠素a數(shù)據(jù)如圖1所示：

圖1 葉綠素a數(shù)據(jù)比較

由圖1可知，6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀在7月6日和7月7日所測(cè)得的葉綠素a數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)完全一致，后三天數(shù)據(jù)的誤差也僅在2μg/L以內(nèi)。6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀葉綠素a探頭性能良好，能夠滿足水質(zhì)監(jiān)測(cè)的要求。

傳統(tǒng)的分光度法其優(yōu)勢(shì)在于實(shí)驗(yàn)方法成熟、結(jié)果準(zhǔn)確、過程嚴(yán)謹(jǐn)、操作規(guī)范、有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，但其缺點(diǎn)也十分明顯：（1）費(fèi)時(shí)，提取葉綠素a的過程需要24小時(shí)；（2）過濾、提取、儲(chǔ)存、離心、分光光度計(jì)分析等步驟比較繁瑣；（3）需要有經(jīng)驗(yàn)的分析人員長(zhǎng)期操作來保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和一致性；（4）無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀葉綠素a監(jiān)測(cè)具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)：（1）無需采樣，無需破壞細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，測(cè)量在水體中直接進(jìn)行；（2）操作簡(jiǎn)便，攜帶方便，即時(shí)讀數(shù)，適合水面移動(dòng)監(jiān)測(cè)以及在線連續(xù)監(jiān)測(cè)；（3）無需試劑，不產(chǎn)生廢液

其不足之處：（1）葉綠素a受環(huán)境影響很大，缺少穩(wěn)定準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校準(zhǔn)；（2）濁度、氣泡、光線都會(huì)干擾熒光探頭，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果；（3）可以反映葉綠素a變化趨勢(shì)，但不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分光光度法，多參數(shù)儀需要實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)作為校準(zhǔn)依據(jù)；（4）葉綠素a傳感器24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)的情況下，壽命只有1年左右的時(shí)間。

3.2 溶解氧

6600多參數(shù)儀配備的是熒光法溶解氧傳感器。熒光法溶解氧測(cè)量是基于熒光猝熄原理。藍(lán)光照射到熒光物質(zhì)上使熒光物質(zhì)激發(fā)并發(fā)出紅光，由于氧分子可以帶走能量（猝熄效應(yīng)），所以激發(fā)的紅光的時(shí)間和強(qiáng)度與氧分子的濃度成反比。通過測(cè)量激發(fā)紅光與參比光的相位差，并與內(nèi)部標(biāo)定值對(duì)比，從而可計(jì)算出氧分子的濃度。

DS5多參數(shù)儀配備的是膜法溶解氧傳感器。溶解氧傳感部分由金電極（陰極）和銀電極（陽極）及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過膜擴(kuò)散進(jìn)入電解液與金電極和銀電極構(gòu)成測(cè)量回路。當(dāng)給溶解氧分析儀電極加上0.6～0.8V的極化電壓時(shí)，氧通過膜擴(kuò)散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產(chǎn)生電流，根據(jù)法拉第定律：流過溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關(guān)系，從而計(jì)算出氧的濃度。7月6～10日，由實(shí)驗(yàn)室、6600多參數(shù)儀、DS5多參數(shù)儀所測(cè)得的溶解氧數(shù)據(jù)如圖2所示：

圖2 溶解氧數(shù)據(jù)比較

由圖2可知，6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀除了7月7日這組數(shù)據(jù)有較大差距外，其余4組數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室基本擬合。7月6～10日6600多參數(shù)儀溶解氧平均值與實(shí)驗(yàn)室相對(duì)誤差為3.6%，DS5多參數(shù)儀溶解氧平均值與實(shí)驗(yàn)室相對(duì)誤差為2.4%。相對(duì)于傳統(tǒng)的碘量法測(cè)定溶解氧，6600多參數(shù)儀熒光法溶解氧傳感器和DS5多參數(shù)儀膜法溶解氧傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）技術(shù)比較成熟，基本免維護(hù)；（2）無需采樣，即時(shí)讀數(shù)，適合水面移動(dòng)監(jiān)測(cè)以及在線監(jiān)測(cè)；（3）沒有流速或攪動(dòng)的要求。DS5多參數(shù)儀膜法溶解氧傳感器相對(duì)于6600多參數(shù)儀熒光法溶解氧傳感器，需要額外定期為膜添加電解液，除了這一點(diǎn)外兩款多參數(shù)儀在使用維護(hù)方面基本沒有什么不同。

3.3 pH

6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀測(cè)量pH的方法都是玻璃電極法，這是目前比較常用的測(cè)量pH的方法。

7月6～10日，由實(shí)驗(yàn)室、6600多參數(shù)儀、DS5多參數(shù)儀所測(cè)得的pH數(shù)據(jù)如圖3所示：

圖3 pH數(shù)據(jù)比較

從圖3可以看出，6600多參數(shù)儀pH數(shù)據(jù)要明顯高于實(shí)驗(yàn)室pH數(shù)據(jù)，絕對(duì)誤差在0.2左右，DS5多參數(shù)儀pH數(shù)據(jù)要好于6600多參數(shù)儀，絕對(duì)誤差在0.1以內(nèi)。

3.4 電導(dǎo)率

6600多參數(shù)儀電導(dǎo)率測(cè)量原理是四電極流通式電導(dǎo)測(cè)量管法。電導(dǎo)率的測(cè)量過程中，電極間加上恒定振幅的電壓信號(hào)，電極上流經(jīng)一定的電流，電流大小取決于溶液中所含離子的數(shù)量，被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率與運(yùn)算放大器的輸出電壓成正比。四電極技術(shù)消除了極化電壓對(duì)測(cè)量的影響。傳感器材質(zhì)為鎳。DS5多參數(shù)儀電導(dǎo)率測(cè)量原理與6600多參數(shù)儀相同，傳感器為石墨電極。7月6日6600多參數(shù)儀、DS5多參數(shù)儀與化驗(yàn)室監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)相對(duì)誤差分別為1.4%和1.1%，7月7日相對(duì)誤差分別為3.5%和0.7%，7月8日相對(duì)誤差分別為2.8%和2.1%，7月9日相對(duì)誤差分別為3.2%和0%，7月10日相對(duì)誤差分別為3.5%和1.1%。兩臺(tái)多參數(shù)儀所監(jiān)測(cè)的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)基本與化驗(yàn)室一致。

3.5 實(shí)際使用情況

3.5.1 數(shù)據(jù)電纜。6600多參數(shù)儀配備了加固型電纜，監(jiān)測(cè)深層水樣時(shí)可直接拖拽電纜進(jìn)行操作。DS5多參數(shù)儀這一點(diǎn)不如6600多參數(shù)儀，數(shù)據(jù)電纜不能拖拽，需再配備一根纜繩進(jìn)行操作。

3.5.2 傳輸接口。6600多參數(shù)儀和DS5多參數(shù)儀都是利用RS-232型接口與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和操作的。野外監(jiān)測(cè)的筆記本電腦一定要配備此型號(hào)接口。RS-232接口轉(zhuǎn)換USB接口的轉(zhuǎn)換器由于兼容性和穩(wěn)定性的問題，經(jīng)常發(fā)生無法識(shí)別接口的問題。兩臺(tái)多參數(shù)儀的傳輸接口在實(shí)際使用當(dāng)中具有一定的局限性。

3.5.3 操作軟件。DS5多參數(shù)儀的軟件界面、按鈕布置、可操作性都要比6600多參數(shù)儀更為優(yōu)化，所有功能都為按鈕點(diǎn)擊即可進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)可直接生成為excel格式文檔。而6600多參數(shù)儀的操作需要輸入相應(yīng)指令來完成，數(shù)據(jù)需要從軟件內(nèi)拷貝出來。

3.5.4 傳感器維護(hù)。6600多參數(shù)儀和DS5多參數(shù)儀都需要定期維護(hù)，以該水庫為例，多參數(shù)儀容易被貝殼類生物吸附，影響測(cè)量效果，需要每?jī)芍苓M(jìn)行一次清洗。如果多參數(shù)儀傳感器外層包裹一層銅皮粘紙，可以有效防止貝殼類生物產(chǎn)生的影響，延長(zhǎng)清洗周期。

3.5.5 傳感器更換。DS5多參數(shù)儀的傳感器無法自行插拔更換，更換新傳感器需要返廠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并做密封處理，而6600多參數(shù)儀可利用螺絲刀直接更換損耗的傳感器，較DS5多參數(shù)儀方便。

4 結(jié)論與討論

6600多參數(shù)儀與DS5多參數(shù)儀在水庫使用了三四年之后依舊能夠正常監(jiān)測(cè)，反映水質(zhì)變化趨勢(shì)，該兩款多參數(shù)儀在質(zhì)量和性能上是穩(wěn)定可靠的，能夠滿足水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)的需要，同時(shí)也有不足之處有待改進(jìn)。水質(zhì)多參數(shù)儀無法代替實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)檢測(cè)，必須以實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定期進(jìn)行校準(zhǔn)和對(duì)比，這樣才能保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。隨著水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的提高，自動(dòng)化程度越來越高，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的水質(zhì)多參數(shù)儀將有效地提高水庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)的工作效率，成為水質(zhì)安全預(yù)警的重要環(huán)節(jié)，為水庫生產(chǎn)運(yùn)行及科學(xué)研究提供可靠依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：祝一欣（1987-），男，安徽人，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院在職研究生在讀，上海城投原水有限公司工程師，研究方向：水質(zhì)監(jiān)測(cè)；李嘉海（1989-），男，上海人，上海城投原水有限公司助理工程師，研究方向：藻類。

（責(zé)任編輯：蔣建華）