海洋环境监测船载实验室建设探讨（上） - 海洋环境监测船

特邀作者丨赵永刚

编辑丨未来实验室学苑新媒体部

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全文约3499字丨阅读需要12分钟

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海洋环境监测重要性

The importance of Marine environmental monitoring

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我国拥有漫长的海岸线，海洋资源极为丰富，近年来，在沿海经济和海洋产业的迅速发展的同时，大量的污染物被排放到环境当中，并经由大气、河流及陆地等多种途径输入到海洋环境，导致近岸海域海洋营养盐结构改变、污染物浓度上升、近岸水体富营养化等，引发了近岸海域赤潮、海洋酸化及缺氧等突出生态环境问题和生态系统功能退化，已经明显制约了我国海洋经济的发展，威胁着人民的身体健康。开发海洋资源，发展海洋经济，前提是要精准掌握海洋环境动态变化情况及相关内在规律。这正是海洋环境监测工作的重要职责。我国海洋监测工作起步于建国初期，与共和国同步成长，经过半个多世纪的发展，日臻成熟，已经成为我国环境监测体系中的重要组成部分。

江苏省海洋环境监测能力现状

Current status of Marine environmental monitoring capability in Jiangsu Province

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江苏省拥有950多公里的海岸线，是个海洋经济大省。随着江苏沿海区域经济和海洋经济快速发展，近海海洋生态系统受到严重威胁，海洋生态环境保护问题已引起省政府和公众的高度关注。打造良好生态海洋环境，是支撑江苏沿海地区可持续发展的必然选择，而建设完善的海洋生态监控体系将对保障江苏海洋生态安全起到至关重要的作用。

江苏省海洋环境监测工作开始于本世纪初，2001年正式成立江苏省海洋环境监测中心。经过二十余年发展，江苏省海洋环境监测业务机构从省与地方已基本建立，实现站点布设、现场调查、样品采集、实验室分析、数据处理、综合评价等海洋环境监测全过程的质量控制。海洋生态环境总体改善。但我省海洋生态环境保护面临的结构性、根源性、趋势性压力尚未得到根本解决。面向2035年美丽中国建设目标和生态环境根本好转的要求，近岸海域河口及海湾生态环境改善是核心关键。未来，随着我省社会经济的高速发展，近岸海域生态环境仍将面临诸多大尺度和高强度人类活动影响下的退化风险和复合环境压力。近岸海域生态环境治理已经从单一的海洋环境监测转变为基于陆海气统筹的多层次协同监测与治理，对省海洋环境环境监测实验室能力建设以及实验室质量控制体系提出了新任务和新要求。

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基于监测船载实验室建设新思路

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Based on the new idea of the construction of shipborne monitoring laboratory

受地理环境以及相应装备制约，传统的海洋监测从下达任务到实验室分析最后数据结果发布周期性太长，数据新鲜度不足，难以有效的评估海洋环境动态，不能满足现代化海洋环境监测需求。因此，将实验室“搬”上船，建设一个会“动”的实验室，通过在监测执法船上搭载配套智能化实验室、各类海洋环境监测仪器设备，打造入海河口及毗邻海域、沿海/近海海域定点、定时的水文、水质、沉积物和生物的采样工作能力，建立一般常规监测+应急监测的近海环境监测能力，形成应急事故特定污染物分析和开展应急事故生物监测的能力体系，同时配套建设先进的近海生态环境监测“数智”平台，实现监测能力智能化、数字化、智慧化升级，是推进海洋生态环境监测体系与能力现代化一个重要举措。

海洋船载实验室功能布局规划

Functional layout planning of Marine laboratory

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在海洋船载实验室建设过程中，应注重技术的先进性和适用性，同时也要考虑实验室建设的经济性和可持续性。此外，还需要注意实验室系统之间的兼容性和安全性，确保实验室系统的正常运行和实验室使用人员的安全。在实验室建设完成后，需要进行系统的调试和测试，确保各系统正常运行。结合执法监测船的实际情况以及海洋监测能力建设需求，将海洋监测实验室分为4个实验功能区域。

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实验室1

用于海洋在线、大气环境与应急监测等领域工作。包括便携式快速检测仪器的使用，海洋大气中颗粒物和降水采样，以及水中氨氮、硝酸盐氮、溶解氧、叶绿素、浊度的应急快速监测等。

实验室2

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用于环境监测的样品室内分析工作。包含pH、溶解氧、盐度、营养盐（磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐）、化学需氧量等样品的现场检测分析以及石油类、叶绿素样品、持久性有机污染物样品的现场提取实验。

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实验室3

用于自动监测设备的数据存储与分析。用于展示联通全船自动监测系统的显示终端，同时对获取的实验室数据以及在线监测数据进行综合处理与分析。

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实验室4

用于样品采集的前处理工作以及样品的冷冻贮存等。包括水质样品过滤，固定剂添加，沉积物样品的预处理、生物生态样品的制备及固定以及海水中重金属前处理及固定。实验室建设范围包含实验室内电气系统、弱电系统、给排水系统、纯水系统系统、实验室通风空调系统、实验室专用家具装备、全新风智能通风控制系统、实验室高纯气体管路系统、以及实验室装饰装修系统等。

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海洋船载实验室各系统建设

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Construction of Marine shipborne laboratory systems

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༄ 实验室给排水系统

实验室给排水系统是实验室内必不可少的一项设施，其主要功能是为实验室提供洁净的水源和安全有效地处理实验废水。在船载实验室中，由于实验室所处的环境不同，给排水系统需要结合船体情况进行建设，给排水系统建设分为给水系统和排水系统两部分。

实验室新增用水主要为实验用水，经测算，实验用水每天消耗约4吨左右，采用自来水管网直供方式，直接通过船上供水管网接入。其中实验用的热水由设置在供水点的小型电能储热式热水器就地供应，实验用的纯水由纯水设备供应，经管路分散到各个用水点。实验室产生的废水不能直接排出，需采用压力排水方式集中收集到船上废水总管，经过专门处理后再进行排放。实验室单日排水量约为3.2m3/d，可直接接入船上污水管网。

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考虑到防腐蚀要求，给排水管道应选用不锈钢316L管，卡压式连接。实验室给排水系统是实验室内不可或缺的重要设施，特别是在船载实验室中更需要考虑海洋环境的特殊性和船舶自身的特点，建立合理的给排水系统和防污染措施，保证实验室工作的顺利开展和海洋环境的保护

༄ 实验室电气系统

实验室电气系统主要是给仪器设备提供动力源，可靠的电力源可以保证实验测试精度和安全。实验室的环境很复杂，不同功能区有不同要求，而且对电气系统要求也有所不同。在设计时，应考虑暖通动力、实验室内部动力、照明回路等设计，以降低大功率设备的启停对设备的干扰，而且不会因为其它设备或回路的检修或故障影响仪器实验室设备的正常使用。实验室配电箱强电电源引用船用配电房，实验室设备使用电压为380/220V两种，低压配电线路应采用船用ZR-YJY-1KV电缆沿穿不锈钢管（316L）敷设，所有电缆按允许载流量及敷设系数选择截面，并以电压降进行校验。实验室配电箱防护等级应为IP44，箱体应能承受任何放线的溅水而无有害影响。考虑在船上使用，配电箱应采用双层门设计，外门开启应设有防止晃动的装置，外门开启角度应大于90°。同时箱体材质应采用防盐雾腐蚀（316L）。在电气接地方面，配电箱PE端子排应与船体保持可靠联结。

༄ 实验室智慧型通风系统

实验室通风系统在船载实验室中非常重要，它可以确保实验室内的空气流通和空气质量。在海上环境中，船只常常受到风浪和海水的影响，通过通风系统可以控制实验室内的温度、湿度、压力和洁净度等指标，从而提供一个稳定的工作环境，保证实验数据的准确性。同时，通风系统还可以排出实验室内的有害气体和污染物，保证实验室内的空气清新，保护科研人员的身体健康。因此，对于船载实验室的建设，通风系统是必不可少的一部分。

在船载通风系统建设时，需要根据执法监测船的“智能、安全、舒适、节能、可靠”定位原则，在实验室区域内布置有“实验室专用设备”，例如：符合相关国标与国际标准的实验室变风量排风柜、定风量排风柜、定风量移动风罩、固定抽气罩、抽气式试剂柜等；为满足ANSI/ASHRAE110、ANSI/AIHAZ9.5、SEFA1、SEFA1-7.0、SEFA8、OSHA29CFR-1910.1450及JB/T6412对使用人员的相关安全防护国标与国际规范，上述设备将需要大量的水、电、气、风等公用保障系统配套使用；通风系统的设计与日后的稳定运行，对实验室的建设，起成败关键因素。

送风系统控制的实验室房间的空调方式为100%全新风空调，新风直接送至室内。为了防止各房间的空气相互污染，除有特别说明者外，实验室内须维持负压。实验室新风送风量为所需新风量减补偿风量；实验室补风全新风空调箱配套的直膨式全新风空调箱机组放到舱外，在送风管段上，应配置与压力无关型文丘里送风控制阀；新风空调机组的电机为自冷式全变频控制，在实验室房间的送风量发生需求变化时，在各种实验室运行状态下都能跟踪调整，以维持稳定的正确风量。

排风系统采取“分区开关控制”与“集气管式排风系统”方式，各排风口通过耐酸碱的SUS316L不锈钢材质排风管，接至排风柜、等实验室专用排风设备的排风口和其它局部排风点，室内排风管汇总后通过排风井接至舱外的“废气处理设施”，并作高空排放。在排风系统末端建设废气处理设施，通过活性炭废气净化设备，将废气中的苯、醇、酮、酯、汽等成分的有机溶剂作吸附。设置耐腐蚀变频排风机组设备，提供整个排风系统的风动力来源。在排风管段上，需要配置相应的与压力无关型耐酸碱文丘里排风控制阀；排风机的电机为自冷式全变频控制，当排风系统的排风量发生需求变化时，在各种实验室运行状态下都能跟踪调整，以维持稳定的正确风量。

未完待续

下一期，我们将聚焦实验室自动控制系统、智能走航集中采水系统、实验室中央高纯气体管路系统等，敬请期待！

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FUTURE

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WRITER STORY

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赵永刚，江苏省环境监测中心副主任，研究员，硕士研究生导师，国家环境部首批“青年拔尖人才”。国家环境监测专家、江苏省分析测试协会专家委员、江苏省环境应急专家等。

主要从事环境监测以及相关科研、管理工作。主持和参加近30项国家级、省级课题，发表论文60多篇，参编著作5部，主持了国家环境标准制订项目4项。2020年获得国家环保科学技术二等奖，江苏省环境科学技术一等奖。

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