水质多参数监测仪在某水库水质监测中的应用

摘要：水质多参数监测仪已被广泛应用于饮用水水源地、江河湖库水质监测等领域，某水库采用YSI 6600V2型水质多参数监测仪与Hydrolab DS5水质多参数监测仪对库区水质进行监测。文章通过两款仪器对叶绿素a、溶解氧、pH、电导率等水质指标的监测结果进行比对分析，结合实际使用情况提出了在监测中存在的优点与不足。

关键词：水库；水质监测；水质多参数监测仪；饮用水；监测结果 文献标识码：A

中图分类号：X522 文章编号：1009-2374（2016）10-0092-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.10.045

1 概述

某水库位于长江入海口，水域辽阔，部分区域水深较浅，流动性较差，夏季有藻类增殖的隐患；冬季受咸潮侵袭，对水库水质造成威胁。随着水库气象、水文、水动力等因素不断变化，水库水质参数在时间和空间的分布呈现出不规律的特征，仅依靠每天一次的实验室水质检测无法满足水库水质监管和安全供水的要求。因此，该水库配备了YSI 6600V2型水质多参数监测仪和Hydrolab DS5水质多参数监测仪进行水质在线监测，利用无线通信技术通过计算机实时了解水库水质变化情况，为水库调度运行提供依据。然而关于该类仪器的研究不多，尤其在实际使用中的适用性、准确性、稳定性等尚缺乏相关的资料和报道。本文依据我国水质相关标准，对YSI 6600V2型水质多参数监测仪和Hydrolab DS5水质多参数监测仪在叶绿素a、溶解氧、pH、电导率等方面的监测情况与实验室检测数据进行比对和分析，为该类仪器的实际使用提供思路和方法。

2 材料与方法

2.1 仪器

YSI 6600V2型水质多参数监测仪（以下简称6600多参数仪）、Hydrolab DS5水质多参数监测仪（以下简称DS5多参数仪）、溶解氧测试仪带水温功能（型号：HQ40d LDO）、pH测试仪（型号：senION MM340）、电导率测试仪（型号：senION EC5）、分光光度计（型号：DR2800）。

6600多参数仪已使用3年时间，DS5多参数仪已使用4年时间。DS5多参数仪通过数据线连接电脑，操作软件为OTT Hydras3LT，6600多参数仪通过数据线连接电脑，操作软件为Eco watch。两台多参数仪的构造、工作原理、操作方法、通讯方式大致相同。

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，采集水库输水区水样，分别进行仪器测定和实验室测定，对测定结果进行对比。其中实验室测定的叶绿素a由分光光度法完成，溶解氧、pH、电导率指标由仪器完成。

3 结果与分析

3.1 叶绿素a

叶绿素a是藻类预警监测的重要指标之一，也是水库长期重点监测的水质指标之一。目前实验室测量叶绿素a主要采用分光光度法，通过90%丙酮提取水样中的叶绿素a，提取过程需要避光24小时，再通过分光光度计进行分析。6600多参数仪与DS5多参数仪采用荧光法测定水样中叶绿素a的含量。荧光法是利用水中藻类叶绿素a发出的荧光强度来反映叶绿素a的含量，从而进一步测量藻类叶绿素a的方法。荧光法已经由EPA（美国环境保护署）认证成为测量叶绿素a的标准方法。7月6～10日，由实验室、6600多参数仪、DS5多参数仪所测得的叶绿素a数据如图1所示：

图1 叶绿素a数据比较

由图1可知，6600多参数仪与DS5多参数仪在7月6日和7月7日所测得的叶绿素a数据与实验室数据完全一致，后三天数据的误差也仅在2μg/L以内。6600多参数仪与DS5多参数仪叶绿素a探头性能良好，能够满足水质监测的要求。

传统的分光度法其优势在于实验方法成熟、结果准确、过程严谨、操作规范、有相关行业标准等，但其缺点也十分明显：（1）费时，提取叶绿素a的过程需要24小时；（2）过滤、提取、储存、离心、分光光度计分析等步骤比较繁琐；（3）需要有经验的分析人员长期操作来保证数据的稳定性和一致性；（4）无法做到实时监测。

6600多参数仪与DS5多参数仪叶绿素a监测具有比较明显的优势：（1）无需采样，无需破坏细胞的内部结构，测量在水体中直接进行；（2）操作简便，携带方便，即时读数，适合水面移动监测以及在线连续监测；（3）无需试剂，不产生废液

其不足之处：（1）叶绿素a受环境影响很大，缺少稳定准确的标准溶液进行校准；（2）浊度、气泡、光线都会干扰荧光探头，影响监测结果；（3）可以反映叶绿素a变化趋势，但不能完全代替传统的分光光度法，多参数仪需要实验室数据作为校准依据；（4）叶绿素a传感器24小时连续监测的情况下，寿命只有1年左右的时间。

3.2 溶解氧

6600多参数仪配备的是荧光法溶解氧传感器。荧光法溶解氧测量是基于荧光猝熄原理。蓝光照射到荧光物质上使荧光物质激发并发出红光，由于氧分子可以带走能量（猝熄效应），所以激发的红光的时间和强度与氧分子的浓度成反比。通过测量激发红光与参比光的相位差，并与内部标定值对比，从而可计算出氧分子的浓度。

DS5多参数仪配备的是膜法溶解氧传感器。溶解氧传感部分由金电极（阴极）和银电极（阳极）及氯化钾或氢氧化钾电解液组成，氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶解氧分析仪电极加上0.6～0.8V的极化电压时，氧通过膜扩散，阴极释放电子，阳极接受电子，产生电流，根据法拉第定律：流过溶解氧分析仪电极的电流和氧分压成正比，在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系，从而计算出氧的浓度。7月6～10日，由实验室、6600多参数仪、DS5多参数仪所测得的溶解氧数据如图2所示：

图2 溶解氧数据比较

由图2可知，6600多参数仪与DS5多参数仪除了7月7日这组数据有较大差距外，其余4组数据与实验室基本拟合。7月6～10日6600多参数仪溶解氧平均值与实验室相对误差为3.6%，DS5多参数仪溶解氧平均值与实验室相对误差为2.4%。相对于传统的碘量法测定溶解氧，6600多参数仪荧光法溶解氧传感器和DS5多参数仪膜法溶解氧传感器有以下优点：（1）技术比较成熟，基本免维护；（2）无需采样，即时读数，适合水面移动监测以及在线监测；（3）没有流速或搅动的要求。DS5多参数仪膜法溶解氧传感器相对于6600多参数仪荧光法溶解氧传感器，需要额外定期为膜添加电解液，除了这一点外两款多参数仪在使用维护方面基本没有什么不同。

3.3 pH

6600多参数仪与DS5多参数仪测量pH的方法都是玻璃电极法，这是目前比较常用的测量pH的方法。

7月6～10日，由实验室、6600多参数仪、DS5多参数仪所测得的pH数据如图3所示：

图3 pH数据比较

从图3可以看出，6600多参数仪pH数据要明显高于实验室pH数据，绝对误差在0.2左右，DS5多参数仪pH数据要好于6600多参数仪，绝对误差在0.1以内。

3.4 电导率

6600多参数仪电导率测量原理是四电极流通式电导测量管法。电导率的测量过程中，电极间加上恒定振幅的电压信号，电极上流经一定的电流，电流大小取决于溶液中所含离子的数量，被测介质的电导率与运算放大器的输出电压成正比。四电极技术消除了极化电压对测量的影响。传感器材质为镍。DS5多参数仪电导率测量原理与6600多参数仪相同，传感器为石墨电极。7月6日6600多参数仪、DS5多参数仪与化验室监测电导率数据相对误差分别为1.4%和1.1%，7月7日相对误差分别为3.5%和0.7%，7月8日相对误差分别为2.8%和2.1%，7月9日相对误差分别为3.2%和0%，7月10日相对误差分别为3.5%和1.1%。两台多参数仪所监测的电导率数据基本与化验室一致。

3.5 实际使用情况

3.5.1 数据电缆。6600多参数仪配备了加固型电缆，监测深层水样时可直接拖拽电缆进行操作。DS5多参数仪这一点不如6600多参数仪，数据电缆不能拖拽，需再配备一根缆绳进行操作。

3.5.2 传输接口。6600多参数仪和DS5多参数仪都是利用RS-232型接口与电脑进行数据传输和操作的。野外监测的笔记本电脑一定要配备此型号接口。RS-232接口转换USB接口的转换器由于兼容性和稳定性的问题，经常发生无法识别接口的问题。两台多参数仪的传输接口在实际使用当中具有一定的局限性。

3.5.3 操作软件。DS5多参数仪的软件界面、按钮布置、可操作性都要比6600多参数仪更为优化，所有功能都为按钮点击即可进行操作，数据可直接生成为excel格式文档。而6600多参数仪的操作需要输入相应指令来完成，数据需要从软件内拷贝出来。

3.5.4 传感器维护。6600多参数仪和DS5多参数仪都需要定期维护，以该水库为例，多参数仪容易被贝壳类生物吸附，影响测量效果，需要每两周进行一次清洗。如果多参数仪传感器外层包裹一层铜皮粘纸，可以有效防止贝壳类生物产生的影响，延长清洗周期。

3.5.5 传感器更换。DS5多参数仪的传感器无法自行插拔更换，更换新传感器需要返厂进行驱动并做密封处理，而6600多参数仪可利用螺丝刀直接更换损耗的传感器，较DS5多参数仪方便。

4 结论与讨论

6600多参数仪与DS5多参数仪在水库使用了三四年之后依旧能够正常监测，反映水质变化趋势，该两款多参数仪在质量和性能上是稳定可靠的，能够满足水质在线监测的需要，同时也有不足之处有待改进。水质多参数仪无法代替实验室水质检测，必须以实验室水质数据为基础，定期进行校准和对比，这样才能保证监测数据的准确性。随着水质监测技术的提高，自动化程度越来越高，实时监测的水质多参数仪将有效地提高水库水质监测的工作效率，成为水质安全预警的重要环节，为水库生产运行及科学研究提供可靠依据。

参考文献

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[2] 过伟，王晔，王洁尘.YSI 6600型水质多参数监测仪在太湖藻类监测中的应用[J].甘肃科技，2008，24（23）.

[3] 国家水利部.水质 叶绿素的测定 分光光度法（SL 88-2012）[S].北京：中国水利水电出版社，2012.

[4] 魏复盛.水和废水监测分析方法（4版）[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

作者简介：祝一欣（1987-），男，安徽人，同济大学环境科学与工程学院在职研究生在读，上海城投原水有限公司工程师，研究方向：水质监测；李嘉海（1989-），男，上海人，上海城投原水有限公司助理工程师，研究方向：藻类。