|
7 q; S$ u9 }' v- ~ f. W5 E8 A 一、海洋原位观测仪器运行过程中的最艰巨挑战：海生物污损或海生物附着 U; o2 `, a: i/ V- ^
海洋原位观测仪器，如声学传感器、水下摄像头和各类水质参数传感器，是海洋科学研究与监测的关键工具。然而，这些仪器长期浸泡在复杂多变的海洋环境中，生命周期中一直面临着生物污损这一严峻挑战。海洋观测仪器生物污损是指海洋生物（如藤壶、贻贝、藻类等）在仪器表面附着和生长，形成一层生物膜或硬质沉积物。这不仅会严重影响仪器的性能，如遮挡光学窗口、干扰声学信号等，还会增加仪器的维护成本和难度，甚至缩短仪器的使用寿命。业内已发现生物污损会在不到一周的时间内破坏测量质量的现象。因此，预防生物污损对于保障海洋原位仪器的正常运行和数据可靠性至关重要。 " {! F1 E ]2 V% l& P' x2 t) z
 4 H+ K: G6 W/ Y8 f8 i; l, r$ V
海洋及海洋牧场观测设备的生物污损问题图例
8 v. p3 R5 |3 \1 _1 X 二、现有海洋观测仪器传统防污损防生物附着技术的局限性
; y2 c6 P$ l& N: e* d2 R 原位式海洋牧场观测设备主要包括水文要素传感器（以ADCP水声设备为代表）、水质要素传感器（温盐深、光学溶解氧、PH、营养盐自动分析仪等）、水下高清摄像机等仪器设备，一般来说维护好上述仪器设备即可实现对海洋牧场水下环境长期连续在线监测的任务。 $ L8 g2 X! {: Q# ]% J
$ K7 m' X8 \1 B; M' t5 G 海洋牧场原位观测系统的ADCP仪器 ! L9 R4 t% t; A* N( {/ c; B0 w# j
然而一个不争的事实是，现有防生物污损技术中无论是涂层法、机械法还是电解法或紫外法等新技术，在面对原位式海洋牧场环境观测设备时，都出现了各式各样的短板和局限性。
2 i6 q* b$ H! U 以化学涂层方法为例，虽然涂层能有效抑制生物附着，但其中的有毒成分会对海洋环境造成污染，已被国际公约限制使用； k \) Z/ R4 F# G
机械清理法往往有组成与结构操作复杂问题，且无法实现长期无人值守监测的需求，以最常见的单一清扫刷方式为例，刷子防水难度大，刷子本体材质易老化或变形等，均可导致清扫失效；
* i' i/ _3 p7 | 电解氯或者电解铜方式能耗大，而且产生的消毒物质如氯和铜离子灯存在明显的二次污染，显然有悖于环保节能原则；
& ^9 e0 @* D1 }/ V 紫外灯技术也有耐水压能力有限和光路死角问题； ; |& G, T4 a9 k" q) o: q
凡此种种，无法通过某种单一技术实现较完善的海洋观测仪器防生物污损问题。这就需要一定的技术组合或创新式技术实现长效环保而经济的生物防污任务。 ; g n% ^. `3 g
三、海洋牧场原位式观测设备防生物污损防生物附着的个性化优化级定制方案
* }! v% ~0 a4 [ 1、水下摄像头防生物附着方案：
5 f* R) r- H1 R& [1 R" ~9 J 首选特种防生物污染光学透明膜，该类膜应附有抗水下静态和动态环境的环保粘合剂，其原理是通过阻断生物体的“附着蛋白质”特性完成的，使用效果参见图例1。 $ z0 C; a( z7 G0 J
" F9 e w( r z. O1 @1 Q 图1 粘贴专业防海生物污损光学透明膜的海洋牧场水下摄像头 ( e$ U& u$ O2 x q6 Y
9 u/ c1 K2 _4 E' b0 h- u
其次可选用镜头机械刷结合非镜头部位防腐漆涂覆方式，原理简单，效果显著，可参考图例2。 & Q! g" c# P1 H: u& o4 |
- U, F# t" N) L4 Z) U 图2 一种带电动刷的海洋水下摄像头 + h1 w7 V1 s R! T/ p- s( c
$ A- X. ]! p2 g0 w% J- I4 ` 2、固定式水声换能器防生物附着优化方案推荐： $ X R+ `* V: }! k* }
一般采用涂覆防污生物漆、超声波震动、海水电解、强电脉冲、附设电动清扫刷等多种综合方式，也有首选纤维布包覆法的组合型防海生物附着技术，且收到良好效果。
1 ~% d& x& `! o' Q
: t: b4 U' @+ P9 o 一种经实验验证的纤维布包覆的防水声换能器海生物污损工艺 2 l8 h% R, H4 Q2 d, d: \ B
0 g* W4 P5 M$ P5 |7 e
3、水质要素（温盐深、溶解氧等）传感器类防海生物附着优化方案推荐： " f/ a5 i$ M' g3 g
我公司在广泛的调研基础上，结合现行的各类水质自动采样监测站及各种行业杀菌灭藻工艺的项目经验，针对性设计了一套“浮标式防生物附着技术”方案，该方案主要由控制单元、消毒剂药箱、循环防腐采样采药泵、自控阀路及在线式水质监测单元及智能药液回收模块等组成，有关工艺如下图3所示： * T: T" C. m7 U8 d. ?* Q2 I6 p
7 E* l( ] N: v/ g3 l! ] D: b- ] 图3 一种智能化的浮标式防海生物污染消毒剂洗泡一体化系统 0 ~& [$ D7 y x8 }, B& m
$ K, y _9 Y1 [ c& U+ U- ]# ?- R
该成套技术可实现如下几项重要功能：
% c2 C. k2 \( [, e. E （1） 可实现周期性浸泡式消杀水质传感器的微生物附着，效果稳定可靠 - {/ y8 A( e) [, \/ \
（2） 可实现除消毒周期外的在线式水质监测过程，此方式脱胎于传统的各类地表水自动监测站 ) ]( }, Q0 O9 a, T9 g
（3） 可有效监测消毒药剂的浓度并可实现智能化回收消毒药剂，最大程度上保障了消毒剂充分回用，无需外排，既体现了“消毒剂零排放”功能，又最大程度上保障了探头防护周期 & O% Y0 g3 r5 w
（4） 通过选配适用的采样泵，可实现长期可靠低功耗运行，功耗一般为15W以下，流量小于2升/分钟，通过优化控制，即可实现较完善的海水长周期取样、消杀药液短周期循环兼冲洗、供电电源轻量化等显著优势
$ R3 r" b+ S. R! o5 o （5） 通过合理的材料配置，可实现一定的海水进口过滤功能和消毒功能，即较好地解决了取样功能的可靠性 8 K# U* S C, L' L, G; @
（6） 该成套设备为小型化半潜式设计，可有效船载或搭载在诸多漂浮式平台上，适用场景广泛 / L/ F. ^& W% u* R+ M6 q+ |
（7） 该设备精简高效，可无人化值守，维护简便，维护周期长，可超过现有的大多数防海生物附着技术与设备 3 U4 `+ u# n2 i4 |% K% t6 @6 C
（8） 该系统还可扩展“气压式清扫单元模块”，如氮气扫洗等功能，可实现其他原位式观测仪器的微生物吹除功能
' {6 d# C( x$ ]3 ^% X- Z9 K （9） 该类技术也可搭配臭氧微纳米气泡水（臭氧浴洗消杀）单元，可实现更为广泛的“一站式原位臭氧法”绿色防海生物附着功能（详情可咨询本文作者）
2 M1 S) {% _4 u5 d5 [ （10） 该设备取样水泵采用自吸式，原则上自吸高度不超过8.5米，即离开海平面高度不应该高于8.5米；而取样深度理论上几乎可以无限深（依管路下潜深度而定）。 - d" ]5 O/ X* |+ L, C6 s% i9 h V
1 u; B, H3 N0 }
- ^8 L; Y& b' O! l" r3 ? `- p/ L- `: v6 j% l( t7 @
6 t5 c; E5 g8 f0 d$ W1 ~
| 
