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FastBallast压载水合规监测系统

针对IMO D2标准(最小尺寸为10 – 50 µm)提供快速的船上合规性监测

Chelsea Technologies Group的FastBallast压载水合规监测系统能够根据IMO D2和USCG排放标准(10-50 µm范围)确定压载水的浮游植物细胞密度。合规监测系统分为便携式和固定式。FastBallast的尖端设计使其可以快速、详细的分析,是唯一可以在流动模式下,提供持续,实时更新的排放合规性监测技术。因此可以大大增加分析水样,提供更具代表性的检测结果。


FastBallast:便携式压载水合规监测系统

FastBallast:固定式合规监测系统

应用与特点

Application and Characteristic


特点
针对IMO D2标准(最小尺寸为10 – 50 µm)提供快速的船上合规性监测
检测限<1 cell/mL
细胞密度测量不受大小影响
通过使用20 mL的搅拌体积/分析足够多的水样来获得更具代表性结果,克服了接近IMO D2标准阈值
水样的的静态采样问题
超低水平的假阴性和可忽略的假阳性结果
宽动态范围提供了对背景荧光的高耐受性(来自死细胞,CDOM和其他来源)
高水平的浊度排除
可以与任何压载水处理系统进行集成(固定式)
不需要消耗试剂或样品制备
工作周期长(大于两年)


应用
压载水处理系统(BWTS)制造商
轮船公司
港口管理者
压载水监测机构

压载水监测及原理

Application and Characteristic

长期以来,人们已经认识到压载水作为用于转移有害生物的载体。为解决物种入侵问题,国际海事组织成立了 “压载水管理公约,2004”成立,并在全世界采用。 公约规定压载水排放不得超过10 cells/mL,最小尺寸为10 – 50 µm。 因为这个尺寸范围主要为浮游植物,活性叶绿素荧光测定被广泛视为最理想的监测方法。 FastBallast活性叶绿素荧光计提供船上合规性测试,而其他大多数系统只能提供指示性结果


Tab 1: FastBallast提供船上合规性测试


工作原理

FastBallast利用活性荧光测量方法,LED光直接照射样品腔,样品中的浮游植物会在光照射下进行光合作用,高灵敏度的探测器会检测仅发生于活体浮游植物重的光合作用的信号-可变荧光,可变荧光的量即可反应样品中浮游植物的状态。光合作用的强弱反映了所有浮游植物的生存状态,能够有效地反映浮游植物是否存活。FastBallast中的荧光测量方法是专门针对压载水监测设计的,用来监测排放出的压载水是否达标。

Chelsea technologies group开发的FastBallast采用多波长激发光,确保大小不同的浮游植物群体在光照下释放荧光,每个检测过程只需要几百个微秒,确保够在快速流动的通道内完成高频率监测。用高灵敏度的FastBallast快速压载水监测系统监测活体浮游植物的可变荧光,此方法能够满足IMO D2 和USCG排放标准(10-50 µm)。


细胞大小影响:

Tab 2 数据表明FastBallast分析与细胞大小无关

表2说明了不同大小和物种的细胞如何显著影响指示性试验的结果。对于T. punctigera(大硅藻),level 1(指示性)试验产生假阳性(FAIL结果应该是PASS)。 level 2(合规性)测试将样品正确评估为PASS。 用盐藻(小型绿藻),level 1试验表明细胞密度低于显微镜结果的25%。level 2测试更接近,为显微镜结果的85%。

Fig 1: 基于分析结果的分布图

图1显示了基于表2中2级监测的分布数据(可变荧光,Fv)。尽管两个样品Fv值相差不大,但是T. punctigera物种的Fv值范围明显比D.salina高出许多倍。这种差异是由样品的泊松分布引起的,同时也为FastBallast用于与细胞大小无关的2级测试方法提供了基础。


FastBallast VS 指示性监测

Tab 3: FastBallast的监测方法

如果使用其他基于荧光方法的系统进行指示性监测 (level 1),则必须提前假设每个细胞的荧光产量,而由于不同大小和种类的细胞发射的荧光变化非常大,结果会产生很大误差。FastBallast level 1(指示性)测试可为样品是否合规提供快速指示(2分钟内)。如果level 1测试产生的PASS / FAIL结果在IMO D2规范阈值的4% 和4000% 之间,则会自动触发level 2(合规性)测试。 FastBallast level 2测试结果与在岸上的分析测试一样准确,且具有高置信度。


压载水排放最终分析系统

FastBallast为IMO D2规范限制下的船上压载水监测提供了一个超敏感的解决方案。通过采用Single Turnover One Pulse检测方法实现高采样率,使FastBallast比常见的(Multiple Turnover)PAM方法更适合分析接近IMO D2阈值的低密度浮游植物细胞。当分析样品时,FastBallast首先启动1级指示性测试(level 1),耗时不到2分钟。如果产生明确的PASS/FAIL结果(即 PASS:小于IMO D2阈值的4%;FAIL:大于IMO D2阈值的4000%),则停止测试并报告结果。若初始监测结果在阈值的4%-4000% 范围内,FastBallast会自动进行2级测试(level 2),用时不到8分钟。

与其他需要大量样品的荧光方法相比,基于分布的FastBallast 2级测试不需要假设每个细胞的荧光量,在0-100 cells/mL范围内估算的细胞密度值与显微镜检测结果相比在允许误差范围内。

使用FastBallast的2级测试,绝对不可能出现假阴性结果,也几乎不可能出现假阳性结果。为了允许潜在变化以符合法规,FastBallast还包含四个激发波长,为测量蓝藻提供更大的灵活性。

监测方案

Monitoring Plan


(1).便携式合规监测

操作流程(加水即成)
1.使用附带的量杯将20 mL压载水倒入样品室
2.在触摸板显示屏上按 ‘Run Test’
3.根据样品与IMO D2阈值的接近程度,测试需要1-8分钟
4.测试结果包括 Pass/Fail,置信水平和细胞密度(细胞/ mL)

便携式压载水监测系统采用静态监测模式,用于抽样测试,适用于港口国管理以及船舶工程师确定其压载水处理系统(BWTS)是否运行正常。这提供了一个完全自动化和便携式的测试,适用于快速,船上现场检查分析,适合非技术人员使用。使用所提供的量杯将20ml样品倒入样品室中, FastBallast将在4分钟内产生准确的细胞计数。这可以在触摸板显示屏上通过FabTest应用按键 ‘Run Test’ 来实现,结果会通过准确的细胞计数对比IMO D2规范显示为Pass/Fail,过程无需过滤。

数据通过仪器内部存储记录,可以通过USB或以太网下载,以便在检查前将报告发送到岸上。触摸显示屏还可以提供更详细的样品评估报告,包括图形信息,细胞尺寸分布,船名,测试名称,位置,测试的压载舱,日期和时间等详细信息。


(2).固定式合规性监测

压载水持续流过FastBallast系统,用于在IMO D2水平上监测压载水处理系统的效率和效能。这是唯一能够分析足够多的压载水样以提供真正具有代表性结果的解决方案。测试结果最终包括Pass/Fail,置信水平和细胞密度(cells/mL)。

它设计用于在长期固定安装于船上,在触摸屏显示器可提供连续的,实时的排放合规性信息更新。该方案可与船舶系统集成,并可与任何压载水处理系统集成,可对排放的压载水进行流动式监测,并可灵活选择监测一系列环境参数。

此外,该系统还能监测进水,方便FastBallast系统自主计算效率,使压载水处理系统的功率达到最低。

性能参数

Specifications

参数 便携式 固定式
用户界面 ToughPad or FaBtest GUI软件 ToughPad or FaBtest GUI软件
样品量 20 mL 最小20 mL
需要测定的体积 0.5 mL 0.5 mL
激发波长 四通道 (450nm,470nm,532nm,624nm) 四通道 (450nm,470nm,532nm,624nm)
检测精度 < 1 cell/mL < 1 cell/mL
检测范围 0 - 4000 cells/mL 0 - 4000 cells/mL
检测时间 level 1 < 2 minutes;level 2< 10 minutes level 1连续监测; level 2静态样品< 10 minutes
供电 内部可充电电池组,提供8小时连续操作 船体供交流电
连接方式 USB, 蓝牙、以太网 USB, 蓝牙、以太网
尺寸 240 x 198 x 109 mm 800(H) x 600(W) x 300(D) mm
重量 3kg 40kg
密度 0.68 kg/L (浮在水中) -
IP 防护等级 IP68 盖子关闭;IP65 盖子打开 IP65 电子门关闭
工作周期 超过两年 超过两年