水質多參數監測儀在某水庫水質監測中的應用

祝一欣 李嘉海

摘要：水質多參數監測儀已被廣泛應用于飲用水水源地、江河湖庫水質監測等領域，某水庫采用YSI 6600V2型水質多參數監測儀與Hydrolab DS5水質多參數監測儀對庫區水質進行監測。文章通過兩款儀器對葉綠素a、溶解氧、pH、電導率等水質指標的監測結果進行比對分析，結合實際使用情況提出了在監測中存在的優點與不足。

關鍵詞：水庫；水質監測；水質多參數監測儀；飲用水；監測結果 文獻標識碼：A

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

1 概述

某水庫位于長江入海口，水域遼闊，部分區域水深較淺，流動性較差，夏季有藻類增殖的隱患；冬季受咸潮侵襲，對水庫水質造成威脅。隨著水庫氣象、水文、水動力等因素不斷變化，水庫水質參數在時間和空間的分布呈現出不規律的特征，僅依靠每天一次的實驗室水質檢測無法滿足水庫水質監管和安全供水的要求。因此，該水庫配備了YSI 6600V2型水質多參數監測儀和Hydrolab DS5水質多參數監測儀進行水質在線監測，利用無線通信技術通過計算機實時了解水庫水質變化情況，為水庫調度運行提供依據。然而關于該類儀器的研究不多，尤其在實際使用中的適用性、準確性、穩定性等尚缺乏相關的資料和報道。本文依據我國水質相關標準，對YSI 6600V2型水質多參數監測儀和Hydrolab DS5水質多參數監測儀在葉綠素a、溶解氧、pH、電導率等方面的監測情況與實驗室檢測數據進行比對和分析，為該類儀器的實際使用提供思路和方法。

2 材料與方法

2.1 儀器

YSI 6600V2型水質多參數監測儀（以下簡稱6600多參數儀）、Hydrolab DS5水質多參數監測儀（以下簡稱DS5多參數儀）、溶解氧測試儀帶水溫功能（型號：HQ40d LDO）、pH測試儀（型號：senION MM340）、電導率測試儀（型號：senION EC5）、分光光度計（型號：DR2800）。

6600多參數儀已使用3年時間，DS5多參數儀已使用4年時間。DS5多參數儀通過數據線連接電腦，操作軟件為OTT Hydras3LT，6600多參數儀通過數據線連接電腦，操作軟件為Eco watch。兩臺多參數儀的構造、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，采集水庫輸水區水樣，分別進行儀器測定和實驗室測定，對測定結果進行對比。其中實驗室測定的葉綠素a由分光光度法完成，溶解氧、pH、電導率指標由儀器完成。

3 結果與分析

3.1 葉綠素a

葉綠素a是藻類預警監測的重要指標之一，也是水庫長期重點監測的水質指標之一。目前實驗室測量葉綠素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，再通過分光光度計進行分析。6600多參數儀與DS5多參數儀采用熒光法測定水樣中葉綠素a的含量。熒光法是利用水中藻類葉綠素a發出的熒光強度來反映葉綠素a的含量，從而進一步測量藻類葉綠素a的方法。熒光法已經由EPA（美國環境保護署）認證成為測量葉綠素a的標準方法。7月6～10日，由實驗室、6600多參數儀、DS5多參數儀所測得的葉綠素a數據如圖1所示：

圖1 葉綠素a數據比較

由圖1可知，6600多參數儀與DS5多參數儀在7月6日和7月7日所測得的葉綠素a數據與實驗室數據完全一致，后三天數據的誤差也僅在2μg/L以內。6600多參數儀與DS5多參數儀葉綠素a探頭性能良好，能夠滿足水質監測的要求。

傳統的分光度法其優勢在于實驗方法成熟、結果準確、過程嚴謹、操作規范、有相關行業標準等，但其缺點也十分明顯：（1）費時，提取葉綠素a的過程需要24小時；（2）過濾、提取、儲存、離心、分光光度計分析等步驟比較繁瑣；（3）需要有經驗的分析人員長期操作來保證數據的穩定性和一致性；（4）無法做到實時監測。

6600多參數儀與DS5多參數儀葉綠素a監測具有比較明顯的優勢：（1）無需采樣，無需破壞細胞的內部結構，測量在水體中直接進行；（2）操作簡便，攜帶方便，即時讀數，適合水面移動監測以及在線連續監測；（3）無需試劑，不產生廢液

其不足之處：（1）葉綠素a受環境影響很大，缺少穩定準確的標準溶液進行校準；（2）濁度、氣泡、光線都會干擾熒光探頭，影響監測結果；（3）可以反映葉綠素a變化趨勢，但不能完全代替傳統的分光光度法，多參數儀需要實驗室數據作為校準依據；（4）葉綠素a傳感器24小時連續監測的情況下，壽命只有1年左右的時間。

3.2 溶解氧

6600多參數儀配備的是熒光法溶解氧傳感器。熒光法溶解氧測量是基于熒光猝熄原理。藍光照射到熒光物質上使熒光物質激發并發出紅光，由于氧分子可以帶走能量（猝熄效應），所以激發的紅光的時間和強度與氧分子的濃度成反比。通過測量激發紅光與參比光的相位差，并與內部標定值對比，從而可計算出氧分子的濃度。

DS5多參數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，氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構成測量回路。當給溶解氧分析儀電極加上0.6～0.8V的極化電壓時，氧通過膜擴散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產生電流，根據法拉第定律：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系，從而計算出氧的濃度。7月6～10日，由實驗室、6600多參數儀、DS5多參數儀所測得的溶解氧數據如圖2所示：

圖2 溶解氧數據比較

由圖2可知，6600多參數儀與DS5多參數儀除了7月7日這組數據有較大差距外，其余4組數據與實驗室基本擬合。7月6～10日6600多參數儀溶解氧平均值與實驗室相對誤差為3.6%，DS5多參數儀溶解氧平均值與實驗室相對誤差為2.4%。相對于傳統的碘量法測定溶解氧，6600多參數儀熒光法溶解氧傳感器和DS5多參數儀膜法溶解氧傳感器有以下優點：（1）技術比較成熟，基本免維護；（2）無需采樣，即時讀數，適合水面移動監測以及在線監測；（3）沒有流速或攪動的要求。DS5多參數儀膜法溶解氧傳感器相對于6600多參數儀熒光法溶解氧傳感器，需要額外定期為膜添加電解液，除了這一點外兩款多參數儀在使用維護方面基本沒有什么不同。

3.3 pH

6600多參數儀與DS5多參數儀測量pH的方法都是玻璃電極法，這是目前比較常用的測量pH的方法。

7月6～10日，由實驗室、6600多參數儀、DS5多參數儀所測得的pH數據如圖3所示：

圖3 pH數據比較

從圖3可以看出，6600多參數儀pH數據要明顯高于實驗室pH數據，絕對誤差在0.2左右，DS5多參數儀pH數據要好于6600多參數儀，絕對誤差在0.1以內。

3.4 電導率

6600多參數儀電導率測量原理是四電極流通式電導測量管法。電導率的測量過程中，電極間加上恒定振幅的電壓信號，電極上流經一定的電流，電流大小取決于溶液中所含離子的數量，被測介質的電導率與運算放大器的輸出電壓成正比。四電極技術消除了極化電壓對測量的影響。傳感器材質為鎳。DS5多參數儀電導率測量原理與6600多參數儀相同，傳感器為石墨電極。7月6日6600多參數儀、DS5多參數儀與化驗室監測電導率數據相對誤差分別為1.4%和1.1%，7月7日相對誤差分別為3.5%和0.7%，7月8日相對誤差分別為2.8%和2.1%，7月9日相對誤差分別為3.2%和0%，7月10日相對誤差分別為3.5%和1.1%。兩臺多參數儀所監測的電導率數據基本與化驗室一致。

3.5 實際使用情況

3.5.1 數據電纜。6600多參數儀配備了加固型電纜，監測深層水樣時可直接拖拽電纜進行操作。DS5多參數儀這一點不如6600多參數儀，數據電纜不能拖拽，需再配備一根纜繩進行操作。

3.5.2 傳輸接口。6600多參數儀和DS5多參數儀都是利用RS-232型接口與電腦進行數據傳輸和操作的。野外監測的筆記本電腦一定要配備此型號接口。RS-232接口轉換USB接口的轉換器由于兼容性和穩定性的問題，經常發生無法識別接口的問題。兩臺多參數儀的傳輸接口在實際使用當中具有一定的局限性。

3.5.3 操作軟件。DS5多參數儀的軟件界面、按鈕布置、可操作性都要比6600多參數儀更為優化，所有功能都為按鈕點擊即可進行操作，數據可直接生成為excel格式文檔。而6600多參數儀的操作需要輸入相應指令來完成，數據需要從軟件內拷貝出來。

3.5.4 傳感器維護。6600多參數儀和DS5多參數儀都需要定期維護，以該水庫為例，多參數儀容易被貝殼類生物吸附，影響測量效果，需要每兩周進行一次清洗。如果多參數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生的影響，延長清洗周期。

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

4 結論與討論

6600多參數儀與DS5多參數儀在水庫使用了三四年之后依舊能夠正常監測，反映水質變化趨勢，該兩款多參數儀在質量和性能上是穩定可靠的，能夠滿足水質在線監測的需要，同時也有不足之處有待改進。水質多參數儀無法代替實驗室水質檢測，必須以實驗室水質數據為基礎，定期進行校準和對比，這樣才能保證監測數據的準確性。隨著水質監測技術的提高，自動化程度越來越高，實時監測的水質多參數儀將有效地提高水庫水質監測的工作效率，成為水質安全預警的重要環節，為水庫生產運行及科學研究提供可靠依據。

參考文獻

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作者簡介：祝一欣（1987-），男，安徽人，同濟大學環境科學與工程學院在職研究生在讀，上海城投原水有限公司工程師，研究方向：水質監測；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。

（責任編輯：蔣建華）