УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОХИМИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к области исследования гидрохимико-физических параметров водной среды и может быть использована в экологии для определения физико-химического состояния водной среды, а также для отбора проб воды из рек, озер и других водоемов для последующего химического, микробиологического и геохимического анализов.
Известен автоматизированный комплекс химического анализа воды в акватории речного порта, содержащий, по крайней мере, один автоматизированный модуль сбора данных, оснащенный датчиками для измерения параметров и характеристик водной среды. Данный комплекс предназначен для вертикального зондирования водной среды и содержит кабель-трос, снабженный на нижнем конце якорем с размыкателем, а на верхнем - плавучестью, и установленный на кабель-тросе контейнер, выполненный с возможностью вертикального перемещения по кабель-тросу, при этом в контейнере размещены зондирующие измерительные приборы, блок приема и хранения измерительной информации, система всплытия-погружения, блок управления, блок питания, а также блок радио- и гидроакустической связи (патент РФ 142150, G01N31/00, опубл. 20.06.2014). Недостатком данного комплекса является возможность вертикального отбора проб только в стационарном положении, что исключает отбор проб по всей площади водоема.
Известны устройства для отбора проб воды из поверхностного слоя водных объектов с борта вертолета, плав средств и т.д.
2
Известна компактная проточная система «SooGuard», используемая для сбора и доставки информации о поверхностных водах окружающей среды в реальном времени. Данная система установлена в машинном отделении судна Atlantic, принадлежащего компании Atlantic Towing (Канада). Группа The CERC OCEAN из Университета Далхаузи (Галифакс, Канада) проводят исследования и мониторинг в Арктике. Измеряемые параметры включают: кислород, pCO, давление, температуру, соленость, мутность и хлорофилл.
Отличительными особенностями этой системы являются
прямой забор морской воды, предотвращающий размытие сигнала;
сертифицирован DNV. Система рассчитана на 5 бар и легко может быть продублирована и установлена на аналогичные суда. Это будет соответствовать судовым правилам;
автономный, измеряет и регулирует поток, обнаруживает утечки и отключается в случае проблем, полный доступ удаленно через сотовую телефон и / или Иридиум;
материал труб из NAB (никель-алюминиевая бронза) для необрастания датчиков, используемых в проточной системе, описанной выше (A. Tengberg, M. Nakata and D. Roach, "Hydrography and Environmental Measurements from Mobile Platforms," 2018 OCEANS - MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO), 2018, pp. 1-4, doi: 10.1109/OCEANSKOBE.2018.8559097).
Недостатком данной проточной системы является невозможность установки данной системы на небольшие лодки для исследования озер и речных проток ввиду больших размеров.
Известно патрульное природоохранное судно экологического контроля «Россия», которое предназначено для проведения контроля экологического состояния водной среды, донных отложений и приводного слоя атмосферы, с помощью специально разработанного судового природоохранного комплекса "Акватория" (http://nemp.spb.su/projects/rossia/).
Устанавливаемый на судне судовой природоохранный комплекс (СПК) "Акватория" обеспечивает на ходу контроль параметров воды, донных отложений и приводного слоя атмосферы в акваториях в районе патрулирования, телевизионное обследование участков дна, подводных сооружений и береговых склонов, лоцирование водной поверхности и ультразвуковое зондирование толщи воды.
В состав СПК "Акватория" входят
буксируемая система контроля параметров водной среды на глубинах до 45 м с погружными датчиками и непрерывным отбором и подачей на борт судна проб воды;
система контроля параметров водной среды в поверхностном слое на глубинах до 2 м, аналогичная по назначению и составу буксируемой системе;
система ультразвукового зондирования толщи воды для обнаружения инородных включений;
телеуправляемый подводный аппарат для осмотровых работ и передачи видеоизображения на борт судна;
аппаратура теленаблюдения надводной обстановки по курсу движения судна;
устройство отбора проб воды из придонного слоя при стоянке судна;
система отбора проб донных отложений при стоянке судна;
система контроля уровня удельной радиоактивности в поверхностном слое воды, отобранных пробах донных отложений и мощности экспозиционной дозы гамма- излучения в приповерхностном слое воздуха;
аппаратура дистанционного лоцирования водной поверхности для обнаружения пленок нефтепродуктов;
гидрохимическая лаборатория для экспресс-анализа в проточном режиме содержания основных загрязняющих веществ в непрерывно подаваемых на борт судна пробах воды;
вычислительный центр, обеспечивающий обработку, документирование и хранение поступающей информации, подготовку электронных карт с индикацией маршрута движения судна, отметок о наличии загрязняющих веществ и точек отбора проб, оформление итоговых документов о результатах патрулирования, а также подготовку информации для формирования банка данных;
геоинформационная система (ГИС).
Судно-носитель природоохранного комплекса представляет собой двухвинтовой однопалубный катамаран с машинным отделением в средней части каждого корпуса, амортизированной надстройкой и рулевой рубкой в носовой части судна.
Недостатком данного судового природоохранного комплекса является контроль параметров воды с использованием буксируемой системы, при которой при стоянке судна невозможно измерение физико-химических параметров воды, так как нет принудительного накачивания воды в проточную ячейку с установленными в нее датчиками.
Наиболее близким по сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является проточная зондирующая система, используемая для регистрации гидрохимических параметров воды непрерывно по ходу судна. Проточная зондирующая система, состоит из подающего забортную воду центробежного насоса производительностью около 1 л/с и уложенного в специальный контейнер емкостью 30 л на палубе CTD-зонда SBE911 или SBE19plus, данные осреднялись по 10 секундным интервалам. Эта же проточная система питала и датчики гидрохимических измерений. По ходу судна вода подавалась также в проточную ячейку, где находились датчики кислорода, температуры и электрод для измерения рН. Запись измеряемых параметров и координат судна проводилась каждые 10-30 с (в прибрежной зоне чаще, в мористой части полигона реже). Для регистрации гидрохимических параметров по ходу судна применялся 4-х канальный иономер “Эконикс Эксперт 001” и амперометрический датчик растворенного кислорода ДКПТ-02.4 производства НПП “Эконикс Эксерт” (Россия) (Завьялов и др. Гидрофизические и гидрохимические характеристики морских акваторий у устьев малых рек российского побережья Черного моря.- Океанология, 2014, том 54, № 3, с. 293-308; Завьялов и др., Метод расчета осаждения и перемешивания аллохтонной взвеси на основе совместного анализа данных по концентрации взвеси и солености.- Океанология, 2015, том 55, № 6, с. 922-927).
Недостатком предложенной проточной системы является отсутствие гидрозатвора, обеспечивающего отсутствие контакта подаваемой воды с атмосферой, что позволяет получать неискаженные данные.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в создании устройства для исследования гидрохимикофизических параметров водной среды, оптимального для мониторинга состояния водной среды.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения гидрохимикофизических параметров водной среды представляет собой единую герметичную емкость с автоматической подачей забортной воды через пластиковую заборную трубу, в котором через герметичное отверстие расположены датчики измерения физико-химических параметров воды, с которых через установленные промежутки времени записываются данные на регистрирующее устройство. В заявленной полезной модели герметичность сосуда обеспечена наличием гидрозатвора выходной трубы, препятствующего поступлению в сосуд атмосферного воздуха, а также подачей воды центробежным электрическим насосом, соединенным с емкостью силиконовым шлангом, что обеспечивает равномерность потока подаваемой воды независимо от движения или стоянки судна.
Отличительной особенностью устройства является возможность измерений не только по ходу судна, но и во время стоянки, что достигается благодаря принудительному накачиванию воды центробежным насосом.
Отличие устройства также заключается в том, что в устройстве предусмотрен гидрозатвор, который обеспечивает отсутствие контакта подаваемой в сосуд воды с атмосферой, в результате чего данные по содержанию в воде исследуемых газов не искажаются.
Устройство, кроме того, позволяет проводить отбор проб воды для последующего химического, микробиологического и геохимического анализов.
В устройстве предусмотрена возможность отбора проб воды через воронку для последующего химического, микробиологического и геохимического анализов
Преимуществом предлагаемого устройства также является его компактные размеры, что позволяет устанавливать его на небольших судах.
Пример конкретного осуществления полезной модели приведен ниже.
2
На фигуре 1 представлен схематический вид заявляемой полезной модели, где 1 - пластиковая заборная труба, 2 - силиконовый шланг, 3 - электрический насос 12 V, 4 - пластиковая емкость, 5 - датчик CO с водонепроницаемой мембраной, 6 - выходная труба, 7 - воронка.
Устройство обеспечивает автоматическую подачу забортной воды в герметичный сосуд, у которого сверху имеется отводная трубка, выполняющая функцию гидрозатвора. В сосуде помещаются датчики измерения физико-химических параметров воды, с которых через установленные промежутки времени записываются данные на регистрирующее устройство. Глубина забора воды регулируется длиной трубки подачи воды, которая зависит от глубины водоема и цели исследования, и обеспечивает возможность подачи воды в сосуд с разной глубины. Для обеспечения непрерывной подачи воды установлен центробежный насос, в устройстве предусмотрена возможность отбора проб воды для последующего химического, микробиологического и геохимического анализов.
2
2
Полезная модель была использована для измерения О, СO, pH, электропроводности на судне в модельных водоемах научно-исследовательской станции Кайбасово Уникальной научной установки «Система экспериментальных баз, расположенных вдоль широтного градиента». Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты измерений, полученных при апробации полезной модели
Дата
Объект
Глубина, м
T, °C
pH
Электропр-ть
О<sub>2</sub>, ppm
pСО<sub>2</sub>, ppm
10/10/2021
оз.Домашнее
0,5
5.3
6.99
98
16.13
1880
10/10/2021
оз.Домашнее
1,5
5.2
6.95
98
10.92
2045
10/10/2021
оз.Домашнее
3,0
5.2
6.73
100
9.31
2539
10/10/2021
оз.Большое
0,5
4.2
7.01
117
10.90
3266
10/10/2021
оз.Большое
1,5
4.3
7.02
117
9.10
3540
10/10/2021
оз.Большое
3,0
4.3
6.99
118
7.21
3766
11/10/2021
Малева
0,5
4.6
7.07
237
7.86
5182
11/10/2021
Малева
1,5
4.5
7.04
237
5.40
5332
11/10/2021
Малева
3,0
4.6
6.99
239
4.82
5541
11/10/2021
Инкино
0,5
5.0
7.22
147
14.85
1730
11/10/2021
Инкино
1,5
5.0
7.11
145
11.28
2439
11/10/2021
Инкино
3,0
5.3
6.76
150
12.52
3268