激光技术破解水面油污快速检测世界性难题

文/胡月

近年来海洋资源开发速度的不断提高,大量石油的开采、运输及使用使得海洋石油污染日益严重。海上溢油事故发生后,及时对油污进行预警、获取溢油种类及溢油厚度的精确信息,对制定快速有效的控制措施具有十分重要的指导意义。

激光光谱技术作为一种主动光学探测技术,通过激光入射到有油膜覆盖的海水表面时,在激发油类物质辐射荧光同时,海水水体会产生拉曼散射光,分析荧光光谱及拉曼散射光谱信息不仅能够对水面油污染进行预警,还能够实现油膜厚度的定量测量。激光光谱油膜厚度测量技术具有非接触、速度快、精度高及可识别目标等优点,使该技术成为目前重要且最有效的水面溢油监测方法之一。

田兆硕教授科研团队提出了激光荧光拉曼比值法测量水面油膜厚度的新方法,是通过对有油膜覆盖的激光激发产生的荧光强度与无油膜覆盖的水拉曼信号强度进行对比分析计算,可在不同距离准确获得水面油膜厚度数据,并且测量油膜厚度范围大大增加。现场测试结果表明我们提出的荧光拉曼比值法比传统的拉曼衰减法测量油膜厚度范围扩大20倍以上,另外可以推广应用于江河湖水面油膜厚度测量,攻克了国际上水面油膜厚度快速准确测量的难题,是水质油污污染检测技术的重大突破。

目前已经研制出两款水面油膜厚度测量仪器,分别是便携式及遥感式两种水质油污测量仪,便携式仪器测量距离在100米以内;遥感式测量距离超过500米。仪器检测速度快、精度高、受环境光影响小,可以全天候工作。

除了将激光技术创新应用于海上油污监测事业,科研团队还提出了将激光光谱技术用于水质监测的新方法,根据需要,将监测仪布设在需要进行水质监测的江河湖海、工业、城市废水排污口等地点,监测的水质参数包括COD、TOC、DOM、叶绿素、浊度、蓝绿藻等水质参数,并可以识别油污种类及油膜厚度,通过无线传输方式,将水质参数信息及设备运行状态上报到网络监控中心服务器,使用户可以通过手机、PAD、电脑等终端实时查看全国不同监测点的水质参数,及时获取水质异常的报警信息。

(哈尔滨工业大学(威海) 田兆硕教授)