AUTOMATSKE STANICE ZA KONTINUALNI MONITORING PARAMETARA KVALITETA VODA – POČETNA ISKUSTVA

1. AUTOMATSKE STANICE ZA KONTINUALNI MONITORING PARAMETARA KVALITETA VODA – POČETNA ISKUSTVA Svetomir Mijović, Bojan Palmar Republički hidrometeorološki zavod Srbije, Beograd, Kneza Višeslava 66 e-mail: svetomir.mijovic@hidmet.sr.gov.yu 05.06.2008,Mataruska Banja

2. REZIME Postavljene su dve automatske merne stanice za kontinualno merenje sledećih parametara kvaliteta i kvantiteta vode na reci Tisi : nivo, temperatura, pH vrednost, elektroprovodljivost, mutnoća, rastvoreni kiseonik , koncentracija amonijum-jona i hlorofila-a. Svrha kontinualnog merenja je sagledavanje promenljivosti akvatičnih procesa u vremenu i prostoru, kao i daljinski prenos podataka do jednog centra. Velike fluktuacije podataka iz diskretnih merenja ukazuju na značaj kontinualnih merenja za potpuni opis i modeliranje bioloških procesa u rekama.

3. OPIS LOKACIJA Stanica Novi Kneževac na reci Tisi osnovana je 1883. godine; nalazi se na levoj obali na 144,5 km od ušća, a površina sliva iznosi 140130 km2. Vodomerna stanica Novi Kneževac je u izveštajnoj mreži hidroloških stanica službe prognoze voda Zavoda i opremljena je uređajem za daljinski prenos podataka o vodostajima. U malovodnom periodu na režim vodostaja na ovoj stanici utiče uspor od brane u Novom Bečeju. Stanica Novi Bečej na reci Tisi osnovana je 1855. godine, a nalazi se na levoj obali kod zahvata kanala Banatska Palanka - Novi Bečej na 65,0 km od ušća; površina sliva iznosi 145415 km2. Stanica se nalazi neposredno uzvodno od brane u Novom Bečeju tako da su vodostaji na ovoj stanici pod direktnim režimom rada brane. Prosečni proticaj reke Tise do profila Novi Bečej iznosi 766 m3/s, minimalni srednje mesečni 95%-ne obezbeđenosti 123 m3/s, a maksimalni godišnji proticaj 1%-ne verovatnoće 3870 m3/s.

9. Multiparametarska sonda MPS-K16 sa senzorima za merenje t, pH, provodljivosti, rastvorenog kiseonika, amonijum-jona i hlorofila-a uronjena je u rečnu vodu i kontinualno registruje vrednosti ovih parametara. Takodje se meri nivo vode (pomoću dodatnog senzora ). Sve izmerene vrednosti se sakupljaju u centralnom data-logeru sa kapacitetom skladištenja do mesec dana zavisno od učestalosti uzorkovanja ili šalju direktno do centralnog računara putem GSM mreže. Na slici je prikazana multiparametarska sonda SEBA Hydrometrie

12. Merenje TEMPERATURE vode izvodi se pomoću semi-konduktorskog senzora NTC 30 koji je ugradjen u temperaturski merni senzor. Lociran je na vrhu , udaljen od metalnih delova radi postizanja kratkog vremena odziva. Vrednosti temperature takodje se koriste za temperatursku kompenzaciju ostalih parametara kvaliteta. Često se dešava da je ovaj senzor integrisan sa kiseoničnom elektrodom, pH elektrodom ili elektrodom za provodljivost. Rezultat ovih merenja temperature može se registrovati odvojeno.

13. Sadržaj KISEONIKA u vodi: Merenje ovog parametra optičkim putem izvodi se pomoću membrane permeabilne za kiseonik. Tzv.LDO tehnologija (Luminescent Dissolved Oxygen) bazira se na pulsirajućoj plavoj svetlosti, a princip merenja se zasniva na fizičkom fenomenu luminiscence. Izborom kombinacije pogodnog luminofora i talasne dužine ekscitacione svetlosti postiže se da intenzitet luminiscence i vreme potrebno da ona iščezne budu zavisni od koncentracije kiseonika u mediju. Jedna od prednosti je da nije neophodno da tečnost protiče oko senzora, te je dugotrajna stabilnost izvanredna, zahteva se minimalno održavanje, itd…

14. SPECIFIČNA PROVODLJIVOST : U kolu pojačivača nalazi se merna ćelija sa četiri elektrode – 2 strujne i 2 naponske. Konduktansa merene tečnosti odredjuje se merenjima struje i napona. Za odredjivanje provodljivosti prirodnih voda temperaturski koeficijent programiran je prema Evropskom standardu EN 27888:1994. Temperaturska kompenzacija pokriva opseg od 0°C do 50°C, a referentna temperatura podešena je na 25°C.

15. pH VREDNOST: pH-elektroda u kolu pojačivača izvedena je kao jednočlana merna ćelija. Temperaturski koeficijent merne ćelije je digitalno kompenzovan u temperaturskom opsegu od 0°C do 40°C. Unutrašnje napajanje ulaznog pojačala obezbedjuje kratko vreme odziva i merenje zaštićeno od raznih uticaja.

16. Merenje MUTNOĆE: Ovim merenjem registruju se nerastvorne suspendovane čestice u vodi. Rasuto zračenje meri se pod uglom od 90° prema inicijalnom izvoru na 880 nm , prema DIN EN 27027. Kalibracija se izvodi sa formazinskim standardom (FNU). Izmerene vrednosti izražavaju se kao NTU.

17. AMONIJUM JON: Merenje se izvodi pomoću jon-selektivne elektrode. U zavisnosti od koncentracije amonijum-jona, uspostavlja se električni potencijal na jon-selektivnoj membrani. Referentni potencijal služi kao referentni sistem pH- ili Redox-elektrode. Zavisnost koncentracije od mernog potencijala izvodi se pomoću Nernst-ove jednačine.

18. Merenje FLUORESCENCIJE (HLOROFILA-A): Fluoroscentne supstance se mogu detektovati fluorometrom. Ove supstance se aktiviraju pri fluorescentnoj talasnoj dužini specifičnoj za odredjenu supstancu. Tako hlorofil-a fluorescira na 685 nm. Emitovana svetlost selektuje se pomoću filtra i registruje svetlosnim senzorom. Iznos emitovane svetlosti pokazuje koncentraciju supstance. Optika može biti podešena za merenje hlorofila-a, cijanobakterija ili rodamina.

19. Tehnički podaci za senzore (merni opseg i tačnost) MBE: kraj mernog opsega MW : merna vrednost

20. DATALOGER, SOFTVER, PRENOS PODATAKA Dataloger na stanicama je SEBA UniLog sa 16-bitnim A/D konverterom. Loger ima standardno 8 analognih i 2 impulsna ulaza, a ukupno najviše 32 ulazna kanala i sopstveni časovnik realnog vremena. Registrovanje podataka može biti vremenski kontrolisano ili kontrolisano dogadjajem. Moguće je programirati loger da u realnom vremenu izračunava srednje vrednosti. Skladištenje podataka je u serijskoj flash-memoriji kapaciteta 1MB ( približno 70000 merenih vrednosti). Na loger se lokalno povezuje preko serijskih ulaza RS232 ili RS485 ili preko USB konektora. Loger se napaja preko eksternog napajanja napona od 5.5 do 20V, potrošnja u power-down modu je 7.5 mAh. U slučaju prekida eksternog napajanja loger poseduje internu backup litijumsku bateriju. Stanice su opremljene SEBA GSM/GPRS modemima zasnovanim na čipu firme Sony Ericsson. Komunikacija sa stanicama se obavlja preko GSM-a. Softverski paket kojim se stanice prozivaju, kontrolišu i podešavaju čine programi: SEBAConfig, DEMASole i DEMASdb.

21. Program SEBAConfig koristi se za kontrolu rada logera u lokalu ili daljinski; njime se mogu podesiti odredjeni parametri programa logera ili senzora. Programom se mogu proveriti trenutne vrednosti merenih parametara ili preuzeti istorijski podaci. Podaci sa logera se ne mogu obrisati daljinski, u redovnom rezimu rada memorija je kružna, što znači da se, kada je memorija popunjena, nove izmerene vrednosti upisuju umesto najstarijih. Programi DEMASole i DEMASdb čine jednu celinu, s tim što se program DEMASole može i samostalno koristiti. Program DEMASole služi za vremenski programirano preuzimanje podataka sa stanica i izradu izveštaja. Izveštaji mogu da sadrže najnovije preuzete vrednosti ili vrednosti izmerene u prethodnom, dva prethodna dana ili nekom drugom odabranom periodu. Izrada izveštaja se može isključiti i tada sirove podatke (raw data), u koje program smešta podatke preuzete sa logera, može preuzeti program DEMASdb.

22. Program DEMASdb za smeštaj podataka koristi neki od softvera za upravljanje bazama podataka (RDBMS) tipa Oracle, MySQL, Borland Paradox. Verzija koju privremeno koristimo za testiranje sistema i obuku je jednokorisnička, zasnovana na bazi Borland Paradox. U martu 2008. godine ugovorena je isporuka verzije za više korisnika zasnovana na MySQL RDBMS-u. Konfiguracija programa DEMASdb laka je zahvaljujuci činjenici da su logeri tako konfigurisani i programirani da podaci koji se sa njih preuzimaju sadrže konfiguraciju logera i senzora. Za početno konfigurisanje programa dovoljno je da se učitaju preuzeti sirovi podaci. Program direktno omogućava izradu izveštaja, grafika, pojedinačnih ili za više merenih veličina uporedo, što omogućava vizuelizaciju i olakšava kontrolu i analizu podataka. Standardni SQL DBMS omogućava, sa druge strane, da se podacima standardizovano pristupa radi korišćenja, na primer radi pripreme za prezentaciju na Internet stranici.

36. ZAKLJUČAK • Na osnovu prvih rezultata kontinualnog merenja osnovnih parametara kvaliteta vode: temperatura, pH, provodljivost , rastvoreni kiseonik i mutnoća, kao i dodatnih parametara – koncentracije amonijum-jona i hlorofila-a, pomoću multiparametarske sonde MPS-K16 Seba Hydrometrie, može se zaključiti sledeće: • Senzor za TEMPERATURU pokazuje realne vrednosti koje se poklapaju sa drugim merenjima; • Senzori za PROVODLJIVOST na obe lokacije pokazuju vrednosti od 300-400 μS/cm što je u skladu sa ranijim merenjima; • Senzori za pHVREDNOST na obe lokacije pokazuju vrednosti od 7,7 do 7,9 što predstavlja realne vrednosti; • Senzor za merenje rastvorenog O2 u N.Bečeju posle početnih niskih vrednosti pokazivao je koncentracije od 8-10 mg/l (60-80%) što je niže od uobičajenih vrednosti; na lokaciji u N.Kneževcu pokazivanje koncentracije bilo je 10-10,5 mg O2/l (85-90%), što prema uporednim merenjima predstavlja nešto nižu vrednost;

37. Senzori za merenje AMONIJUM JONA pokazivali su vrednost 0,000 mg/l što se, prema proizvođaču opreme, tumači time da su vrednosti koncentracije ispod ili na granici detekcije; • Senzori za MUTNOĆU na obe lokacije pokazivali su visoke vrednosti ( do 100 NT u N.Bečeju, do 1000 NTU u N.Kneževcu); • Senzor za merenje HLOROFILA-A u N.Bečeju pokazivao je vrednosti 2-3 μg/l i 1-2 μg/l u N.Kneževcu, što je za ovaj period realna vrednost.

38. Napomena Ovaj rad je nastao u okviru projekta "Unapređenje sistema za monitoring za potrebe zaštite životne sredine i prevencije od poplava u Vojvodini" koji se realizuje uz finansijsku pomoć Evropske zajednice po donatorskom ugovoru No. 04SER01/11/061-SpSnz/06-1 , a u okviru Programа Evropske zajednice za susedsku saradnju Mađarska-Srbija. Za sadržaj ovog dokumenta isključivo je odgovoran RHMZS, odnosno autori, te se ne može ni pod kojim okolnostima smatrati da odražava stav Evropske zajednice. DISCLAIMER: This document has been produced with the financial assistance of the European Union. The views expressed herein can in no way be taken to reflect the official opinion of theEuropeanUnion. .

39. LITERATURA [1] S. Mijović, B. Palmar, S. Stevanović: "Automatske stanice za kontinualni monitoring parametara kvaliteta voda na glavnim vodotocima Srbije", 36. Konferencija o aktuelnim problemima korišćenja i zaštite voda “VODA 2007” Tara, Jun 26-29. 2007, Zbornik radova,str.285 [2] WFD Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 [3] EASE Project: http://www.hamburg.de/Behoerden/Umweltbehoerde/wgmn/EASE/index_gb.htm [4] SEBA Hydrometrie, User Manual: Waterquality Probes MPS-K16, MDS-5 Unilog

40. HVALA NA PAŽNJI!