水质采样器与船舶压舱水采样器研究进展

李西标 聂维忠 张军伟 李金有 陈春田 刘明杰 阮 新 王 林 李 磊

（1.烟台出入境检验检疫局 山东烟台 264000；2.秦皇岛出入境检验检疫局；3.中国检验检疫科学研究院）

1 前言

水质采样器在环境监测的水质分析、污水处理、海洋生物研究、液体（油、有机溶剂等）质量分析等方面均有广泛应用。原国家环保总局对水质采样有明确规定[1-2]，对水深超过5m的水体要求分层采样等。水质采样器（液体采样器）也广泛应用于检验检疫行业，如进口动植物成品油采样和船舶压舱水采样等。目前常见的有吊桶式、单层采水瓶式、直立式采水器、塑料手摇泵式采样器以及电动采水泵、连续自动定时采水器等种类[3]，功能各有优缺点。现将各类采样器的相关特点做一综述。

2 各类水质采样器特点

2.1 环境监测常用的水质采样器

朱晨阳[4]报道了便携式水质采样器的研制。该采样器由蠕动泵总成、连接软管、采样头、箱体、锂电池、积水杯、伸缩延长杆等组成。当采样头到达采样点位时，打开电源，蠕动泵开始工作，采集的水样经采样头、连接软管到达样品容器内。其主要优点是有可伸缩延长杆，在各种复杂的工况下方便地进行采样；缺陷则为蠕动泵需要电源做动力。朱广伟[5]报道了浅水水体沉积物——界面水采样器，由手柄杆、取样管和分样顶托3部分组成。其主要优点是控制点准确，采样器结构简单；缺点则是只能采集浅水水域的样品。由凤翔[6]等报道了负压式水质采样器的研制及应用，该采样器通过操作者连续踏动负压发生器,系统内负压增强,被采水样在大气作用下，水样经过滤网采样头、软管进入储罐，当储罐内水样足够时,停止踏动即可取得样品。该采样器简便易操作，取水深度约7m。史常立等设计了一种积深式采样器，其底部是有小孔的玻璃瓶或塑料瓶，瓶口连有乳胶管（配有弹簧止水夹）。采样时先打开止水夹,使采样器底部贴近水面,向下作匀变速(加速) 沉降,当瓶底到水体底部时停止，采好样后,将胶管卡死,迅速提出采样器,并尽快倒置打开止水夹,将水样立即转入分析容器中。这种采样器操作烦琐，张卫东[7]对此进行改进研究，发明了一种玻璃体固定在铝座上类似吊桶的采样器。

2.2 船舶压舱水采样器

目前，国际航行船舶压舱水污染环境和引发的外来生物入侵事件越来越受到重视[8]。压舱水舱一般分布在首尾尖舱、边舱和底舱，作用各不相同。首尾尖舱的作用是确保船舶的首尾吃水差，尾尖舱的压舱水同时起着冷却主轴的作用，所以一般不会一次排空；边舱是防止船舶的横向倾斜，边舱有多对，一般主要选取其中一对进行调节，边舱灌注压舱水时不能注满；底舱是保证船舶的稳定性，一般左右底舱是同时注满。

现有的船舶在设计上并没有预留压舱水的采样口[9]。而如果不进行检测，不合格的船舶压舱水排放，会造成严重的环境污染和外来生物入侵，危害近海安全。国家质检总局颁布SN/T1757-2006《入出境船舶压舱水卫生监测规程》，对船舶压舱水进行采样和检测，以分析和评估船舶压舱水可能携带的病原微生物的风险和危害。国家有关部门明确规定将所有非中国海域压舱水纳入管理范围，确保到达中国领海的船舶所装载的压舱水在卫生、环保和海洋生态等方面符合安全要求。国际海事组织(IMO)规定消防水泵和压舱水泵可以相互换用。对于大多数船舶，消防水泵和压舱水泵可共用一套管路，可以通过调整管路的阀门，利用消防水泵抽取任意压载舱中的压舱水[10]。Carney K J等为了精确评价压舱水，设计了大容量采样器，以满足采得的水样具有代表性[11]。如果不利用消防泵采样，可以用潜水泵从出入孔采样，或者直接从压舱水排放口取样，或者从测量压舱水水深的测量管取样，或者从通气管取样[9]。某出入境检验检疫局发明了一种采样器[12]，外形为一不锈钢圆筒，下面附一铁链，依靠铁链的重量把采样筒引入水底收集水样。该采样器适应性有限，主要原因是船体结构复杂，当测量孔直径过小或带有孤度时，采样器放置不进而采集不到样品。另外，船舱的压舱水由于出水管是采用测水深的专用管，水管狭窄，取水不方便，一般采用抽吸管或小水泵，还需配备电源等辅助条件，应用过程繁琐，对于出水管弯曲的情况，更难取出水样。针对船舶结构的复杂性，David M设计了一种新的适应性良好的采样器，并进行了实际操作和效果评价[10]。于健等发明了撞针式底层液体采样器[13]，利用机械力学原理实现底层采样的功能。该采样器下降过程中，在撞杆和撞针的重力作用下，密封垫紧闭，保持采样桶内无液体进入；到达底部后，撞针上弹，密封垫打开，底层液体进入采样桶；采样器提起后，在重力作用下，密封垫重新闭合，保采样桶内的液体样品不混入其它液体，可以有效地采集底层液体样。笔者通过探索研究，初步研制了一种水体定位采样器，主要解决现有的水体采样器测量水深不方便、精确度差及采样密封性较差，适应性不强等问题，可较好地应用于船舶压舱水样本的采集工作。

3 结语

目前船舶运输占据国际贸易运输90%以上份额的主导地位，而船舶压舱水携带的海洋物种对海洋环境的侵害，被认为是海洋的四大危害之一。据估计，每年约有100亿t的压舱水在全球转移，每天约有超过3000种生物通过压舱水在全世界范围内迁徙[14]。为此，IMO于2004年2月13日在伦敦通过了《国际船舶压舱水和沉积物管理与控制公约》，以更好地管理和控制压舱水的取排。我国作为海洋大国，随着改革开放力度不断加强和对外贸易快速发展，往来我国口岸的国际航行船舶与日俱增，同时每年有数亿t境外压舱水带入我国，其主要危害是压舱水携带外来生物、有毒有害物质、放射性物质、致病微生物等。为此，加强国际航行船舶载自境外的压舱水卫生危害因素监测与控制更是检验检疫工作的重要内容之一。

根据工作需要，对船舶压舱水采样器的设计要求是要突出结构简单，携带方便，结实耐用，应用灵活，适应性强，无需要自带电源，能准确定位到某一浓度并采集到一定深度的水样，材质环保，对采集的水样无吸附、无污染。这样新型的水体定位采样器可以解决压舱水采样遇到的样品代表性不足、取样因难、费时费力、安全性差等实际问题，尤其是对解决检验检疫工作中压舱水卫生安全研究面临的采样最基本问题，具有较大的实际意义和科学价值。

［1］国家环保局.水和废水监测分析方法(第三版)[M].北京：中国环境科学出版社，1989：78-80.

［2］国家环保局.环境监测技术规范(第一册:地表水和废水部分)[M].北京：中国环境科学出版社，1986：2-9.

［3］由凤翔.负压式水样采样器：中国，95218984·4[P].1997，13（12）：80.

［4］朱晨阳，龙湘.便携式水质采样器的研制与应用[J].四川环境，2011，30（6）：51-52.

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［6］由凤翔，梅桂友.负压式水质采样器的研制及应用[J].中国环境监测,1999,15(4):78.

［7］张卫东，夏克柞，罗江明.水和废水中含油水样的成套采集技术研究[J].中国环境监测，1996，12（4）：27-29.

［8］Stephan G,Matej D,Matthias V.Critical review of the IMO international convention on the management of ships’ballast water and sediments[J].Harmful Algae,2007,6:585-600.

［9］冯道伦，许乐平.船舶压舱水中生物取样和检测的几个问题[J].环境科学与技术，2009，32（3）：87-90.

［10］David M，Perkovi M.Ballast water sampling as a criticalcomponent of biological invasions risk management[J].Marine Pollution Bulletin，2004，49：313-318.

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［13］于健，张宏伟，张红生，等.撞针式底层液体采样器的设计研究[J].中国国境卫生检疫杂志，2005，28（S1）：60-62.

［14］党坤，宋家慧，赵殿荣，等.船舶压舱水问题综述[J].航海技术，2001，4：60-63.