水質(zhì)采樣器與船舶壓艙水采樣器研究進(jìn)展

李西標(biāo) 聶維忠 張軍偉 李金有 陳春田 劉明杰 阮 新 王 林 李 磊

（1.煙臺(tái)出入境檢驗(yàn)檢疫局 山東煙臺(tái) 264000；2.秦皇島出入境檢驗(yàn)檢疫局；3.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院）

1 前言

水質(zhì)采樣器在環(huán)境監(jiān)測(cè)的水質(zhì)分析、污水處理、海洋生物研究、液體（油、有機(jī)溶劑等）質(zhì)量分析等方面均有廣泛應(yīng)用。原國(guó)家環(huán)保總局對(duì)水質(zhì)采樣有明確規(guī)定[1-2]，對(duì)水深超過5m的水體要求分層采樣等。水質(zhì)采樣器（液體采樣器）也廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)檢疫行業(yè)，如進(jìn)口動(dòng)植物成品油采樣和船舶壓艙水采樣等。目前常見的有吊桶式、單層采水瓶式、直立式采水器、塑料手搖泵式采樣器以及電動(dòng)采水泵、連續(xù)自動(dòng)定時(shí)采水器等種類[3]，功能各有優(yōu)缺點(diǎn)。現(xiàn)將各類采樣器的相關(guān)特點(diǎn)做一綜述。

2 各類水質(zhì)采樣器特點(diǎn)

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)常用的水質(zhì)采樣器

朱晨陽(yáng)[4]報(bào)道了便攜式水質(zhì)采樣器的研制。該采樣器由蠕動(dòng)泵總成、連接軟管、采樣頭、箱體、鋰電池、積水杯、伸縮延長(zhǎng)桿等組成。當(dāng)采樣頭到達(dá)采樣點(diǎn)位時(shí)，打開電源，蠕動(dòng)泵開始工作，采集的水樣經(jīng)采樣頭、連接軟管到達(dá)樣品容器內(nèi)。其主要優(yōu)點(diǎn)是有可伸縮延長(zhǎng)桿，在各種復(fù)雜的工況下方便地進(jìn)行采樣；缺陷則為蠕動(dòng)泵需要電源做動(dòng)力。朱廣偉[5]報(bào)道了淺水水體沉積物——界面水采樣器，由手柄桿、取樣管和分樣頂托3部分組成。其主要優(yōu)點(diǎn)是控制點(diǎn)準(zhǔn)確，采樣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)則是只能采集淺水水域的樣品。由鳳翔[6]等報(bào)道了負(fù)壓式水質(zhì)采樣器的研制及應(yīng)用，該采樣器通過操作者連續(xù)踏動(dòng)負(fù)壓發(fā)生器,系統(tǒng)內(nèi)負(fù)壓增強(qiáng),被采水樣在大氣作用下，水樣經(jīng)過濾網(wǎng)采樣頭、軟管進(jìn)入儲(chǔ)罐，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)水樣足夠時(shí),停止踏動(dòng)即可取得樣品。該采樣器簡(jiǎn)便易操作，取水深度約7m。史常立等設(shè)計(jì)了一種積深式采樣器，其底部是有小孔的玻璃瓶或塑料瓶，瓶口連有乳膠管（配有彈簧止水夾）。采樣時(shí)先打開止水夾,使采樣器底部貼近水面,向下作勻變速(加速) 沉降,當(dāng)瓶底到水體底部時(shí)停止，采好樣后,將膠管卡死,迅速提出采樣器,并盡快倒置打開止水夾,將水樣立即轉(zhuǎn)入分析容器中。這種采樣器操作煩瑣，張衛(wèi)東[7]對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)研究，發(fā)明了一種玻璃體固定在鋁座上類似吊桶的采樣器。

2.2 船舶壓艙水采樣器

目前，國(guó)際航行船舶壓艙水污染環(huán)境和引發(fā)的外來生物入侵事件越來越受到重視[8]。壓艙水艙一般分布在首尾尖艙、邊艙和底艙，作用各不相同。首尾尖艙的作用是確保船舶的首尾吃水差，尾尖艙的壓艙水同時(shí)起著冷卻主軸的作用，所以一般不會(huì)一次排空；邊艙是防止船舶的橫向傾斜，邊艙有多對(duì)，一般主要選取其中一對(duì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，邊艙灌注壓艙水時(shí)不能注滿；底艙是保證船舶的穩(wěn)定性，一般左右底艙是同時(shí)注滿。

現(xiàn)有的船舶在設(shè)計(jì)上并沒有預(yù)留壓艙水的采樣口[9]。而如果不進(jìn)行檢測(cè)，不合格的船舶壓艙水排放，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和外來生物入侵，危害近海安全。國(guó)家質(zhì)檢總局頒布SN/T1757-2006《入出境船舶壓艙水衛(wèi)生監(jiān)測(cè)規(guī)程》，對(duì)船舶壓艙水進(jìn)行采樣和檢測(cè)，以分析和評(píng)估船舶壓艙水可能攜帶的病原微生物的風(fēng)險(xiǎn)和危害。國(guó)家有關(guān)部門明確規(guī)定將所有非中國(guó)海域壓艙水納入管理范圍，確保到達(dá)中國(guó)領(lǐng)海的船舶所裝載的壓艙水在衛(wèi)生、環(huán)保和海洋生態(tài)等方面符合安全要求。國(guó)際海事組織(IMO)規(guī)定消防水泵和壓艙水泵可以相互換用。對(duì)于大多數(shù)船舶，消防水泵和壓艙水泵可共用一套管路，可以通過調(diào)整管路的閥門，利用消防水泵抽取任意壓載艙中的壓艙水[10]。Carney K J等為了精確評(píng)價(jià)壓艙水，設(shè)計(jì)了大容量采樣器，以滿足采得的水樣具有代表性[11]。如果不利用消防泵采樣，可以用潛水泵從出入孔采樣，或者直接從壓艙水排放口取樣，或者從測(cè)量壓艙水水深的測(cè)量管取樣，或者從通氣管取樣[9]。某出入境檢驗(yàn)檢疫局發(fā)明了一種采樣器[12]，外形為一不銹鋼圓筒，下面附一鐵鏈，依靠鐵鏈的重量把采樣筒引入水底收集水樣。該采樣器適應(yīng)性有限，主要原因是船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)測(cè)量孔直徑過小或帶有孤度時(shí)，采樣器放置不進(jìn)而采集不到樣品。另外，船艙的壓艙水由于出水管是采用測(cè)水深的專用管，水管狹窄，取水不方便，一般采用抽吸管或小水泵，還需配備電源等輔助條件，應(yīng)用過程繁瑣，對(duì)于出水管彎曲的情況，更難取出水樣。針對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，David M設(shè)計(jì)了一種新的適應(yīng)性良好的采樣器，并進(jìn)行了實(shí)際操作和效果評(píng)價(jià)[10]。于健等發(fā)明了撞針式底層液體采樣器[13]，利用機(jī)械力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)底層采樣的功能。該采樣器下降過程中，在撞桿和撞針的重力作用下，密封墊緊閉，保持采樣桶內(nèi)無液體進(jìn)入；到達(dá)底部后，撞針上彈，密封墊打開，底層液體進(jìn)入采樣桶；采樣器提起后，在重力作用下，密封墊重新閉合，保采樣桶內(nèi)的液體樣品不混入其它液體，可以有效地采集底層液體樣。筆者通過探索研究，初步研制了一種水體定位采樣器，主要解決現(xiàn)有的水體采樣器測(cè)量水深不方便、精確度差及采樣密封性較差，適應(yīng)性不強(qiáng)等問題，可較好地應(yīng)用于船舶壓艙水樣本的采集工作。

3 結(jié)語(yǔ)

目前船舶運(yùn)輸占據(jù)國(guó)際貿(mào)易運(yùn)輸90%以上份額的主導(dǎo)地位，而船舶壓艙水?dāng)y帶的海洋物種對(duì)海洋環(huán)境的侵害，被認(rèn)為是海洋的四大危害之一。據(jù)估計(jì)，每年約有100億t的壓艙水在全球轉(zhuǎn)移，每天約有超過3000種生物通過壓艙水在全世界范圍內(nèi)遷徙[14]。為此，IMO于2004年2月13日在倫敦通過了《國(guó)際船舶壓艙水和沉積物管理與控制公約》，以更好地管理和控制壓艙水的取排。我國(guó)作為海洋大國(guó)，隨著改革開放力度不斷加強(qiáng)和對(duì)外貿(mào)易快速發(fā)展，往來我國(guó)口岸的國(guó)際航行船舶與日俱增，同時(shí)每年有數(shù)億t境外壓艙水帶入我國(guó)，其主要危害是壓艙水?dāng)y帶外來生物、有毒有害物質(zhì)、放射性物質(zhì)、致病微生物等。為此，加強(qiáng)國(guó)際航行船舶載自境外的壓艙水衛(wèi)生危害因素監(jiān)測(cè)與控制更是檢驗(yàn)檢疫工作的重要內(nèi)容之一。

根據(jù)工作需要，對(duì)船舶壓艙水采樣器的設(shè)計(jì)要求是要突出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，結(jié)實(shí)耐用，應(yīng)用靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，無需要自帶電源，能準(zhǔn)確定位到某一濃度并采集到一定深度的水樣，材質(zhì)環(huán)保，對(duì)采集的水樣無吸附、無污染。這樣新型的水體定位采樣器可以解決壓艙水采樣遇到的樣品代表性不足、取樣因難、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、安全性差等實(shí)際問題，尤其是對(duì)解決檢驗(yàn)檢疫工作中壓艙水衛(wèi)生安全研究面臨的采樣最基本問題，具有較大的實(shí)際意義和科學(xué)價(jià)值。

［1］國(guó)家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第三版)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989：78-80.

［2］國(guó)家環(huán)保局.環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(第一冊(cè):地表水和廢水部分)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1986：2-9.

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