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青鳉魚(yú)，也就是俗稱(chēng)的稻田魚(yú)。這種魚(yú)對待不同量的化學(xué)毒性會(huì )有不同行為響應，其逃避運動(dòng)的電信號會(huì )產(chǎn)生變化。
●采用常規的化學(xué)監測，難以對多種化學(xué)污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，預警遲滯，一旦發(fā)生水環(huán)境污染事故，再到采取有效的處理措施需要耗費大量時(shí)間
●我國的水源地監測技術(shù)一般包含常規5參數指標、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發(fā)光菌、魚(yú)設備等，在生物預警監測系統的建設方面還很欠缺
近年來(lái)，我國水污染事故頻發(fā)，嚴重影響到飲用水源安全，威脅公眾健康。從2005年11月發(fā)生吉林松花江水污染事件到2012年1月廣西龍江鎘污染事件，從2012年2月江蘇鎮江韓國貨輪苯酚泄漏導致鎮江市區自來(lái)水“異味”事件，再到2013年山西長(cháng)治苯胺泄漏事故威脅下游河北、河南省市飲用水安全……
這些水污染事件的發(fā)生原因和特點(diǎn)也越發(fā)復雜。暴發(fā)原因包括污染源事故性排放、工業(yè)化學(xué)品運輸泄漏、人為投放有毒物質(zhì)和有毒水華以及藻毒素滋生泛濫等，而污染物種類(lèi)也更加難以確定。由此導致從污染事件發(fā)生到相關(guān)部門(mén)采取應急措施要花費幾天甚至十幾天的時(shí)間。人們不禁要問(wèn)如何才能在污染事故發(fā)生的“第一時(shí)間”就知悉并采取有效措施？
為確保城市飲水安全，河北省石家莊市環(huán)保局和市環(huán)境監測中心在崗南水庫來(lái)水的滹沱河、黃壁莊水庫來(lái)水的冶河和黃壁莊水庫取水口建設3座基于生物綜合毒性的智能化超級水質(zhì)預警監測站，采用中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心和無(wú)錫中科水質(zhì)環(huán)境技術(shù)有限公司聯(lián)合研發(fā)的水環(huán)境生物毒性預警監測和智能化綜合集成技術(shù)，將生物和理化監測毒性預警相結合，達到智能化連續、實(shí)時(shí)監測預警的目的。
讓魚(yú)來(lái)做水源地的“看門(mén)狗”
傳統監測難以達到實(shí)時(shí)監測預警目的，采用生物預警能有效進(jìn)行連續實(shí)時(shí)監測
記者了解到，目前我國對水源地的監測預警主要采用化學(xué)監測方法，對水質(zhì)的考核指標多為對某幾類(lèi)污染物的限值要求，但是，即使考核的污染指標都達到要求，對水質(zhì)的實(shí)際安全性依然存疑。
同時(shí)，采用常規的化學(xué)監測，難以對多種化學(xué)污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，預警遲滯，從發(fā)生水環(huán)境污染事故，到采取有效的處理措施需要耗費大量時(shí)間。
有沒(méi)有能夠及時(shí)快速對水體毒性進(jìn)行預警的方法？中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員王子健表示，對生物綜合毒性進(jìn)行評價(jià)，能夠有效地預警由于有毒物質(zhì)引起的水體的安全性問(wèn)題，“最簡(jiǎn)單的方法就是讓水生生物監測水質(zhì)毒性。”
王子健認為，魚(yú)類(lèi)等水生生物在其進(jìn)化過(guò)程中對毒性反應敏感，讓他們做水質(zhì)毒性的“看門(mén)狗”再合適不過(guò)。據他介紹，其實(shí)國外早就在應用生物進(jìn)行水源預警。“比如德國萊茵河就利用大型溞等生物進(jìn)行預警監測。但是，由于用大型溞監測對維護條件要求嚴格，需要每7天更換一次溞，在我國并不太適合。”
“因此，結合863的研究項目，在石家莊水源地預警監測中，我們采用了青鳉魚(yú)，也就是俗稱(chēng)的稻田魚(yú)。這種魚(yú)對待不同量的化學(xué)毒性會(huì )有不同行為響應，其逃避運動(dòng)的電信號會(huì )產(chǎn)生變化。我們通過(guò)電信號的改變，經(jīng)過(guò)計算機對數據進(jìn)行系統分析，進(jìn)而判斷污染性質(zhì)及其程度。”王子健說(shuō)。
記者在滹沱河智能化超級水質(zhì)預警監測站運行的智能綜合預警監測系統（i-BEWs）中看到了這種小魚(yú)，24條青鳉魚(yú)體長(cháng)在3~5厘米左右，分別置于8個(gè)透明玻璃體中，上面置有監測魚(yú)行為運動(dòng)信息的顯示屏。
整個(gè)生物監測設備被置于智能化集成系統平臺中，并在這個(gè)系統上連接不同理化監測設備，可以同時(shí)對常規5項參數（pH、溫度、濁度、溶解氧、電導率）、高錳酸鹽、有機化學(xué)污染物和多種重金屬進(jìn)行同步檢測。滹沱河水被不斷抽取到集成系統中，首先流過(guò)小魚(yú)所在的設備中，再進(jìn)入其他設備。
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心助理研究員饒凱鋒向記者介紹說(shuō)：“看似像器皿的玻璃體實(shí)為8個(gè)生物行為傳感器，以保證生物監測毒性的重復性和準確性。而這些看似平常的小魚(yú)實(shí)際上是在無(wú)污染的條件下經(jīng)過(guò)毒理學(xué)規范標準化繁殖培養，以保證它們對毒性物質(zhì)敏感。如果有毒物質(zhì)進(jìn)入水體，就會(huì )觸發(fā)它們響應，通過(guò)電信號反饋到控制系統，通過(guò)模式識別等算法模型來(lái)預警水體綜合毒性。”
他說(shuō)，它們尤其對殺蟲(chóng)劑等有機污染物響應敏感，最長(cháng)無(wú)人值守時(shí)間可達3個(gè)月以上。但是為了保持生物對毒物的敏感性，每月要換一次魚(yú)。
智能集成系統成“專(zhuān)家”
系統智能檢測污染物，并可提供相應解決方案
據了解，我國的水質(zhì)預警監測存在監測指標欠缺、難以及時(shí)有效提供解決方案等不足。“我國的水源地監測技術(shù)一般包含常規5參數指標、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發(fā)光菌、魚(yú)設備等，在生物預警監測系統的建設方面還很欠缺。”
王子健表示，“歐盟在2005年至今的水環(huán)境監測預警技術(shù)開(kāi)發(fā)布局中支持各類(lèi)型新型生物監測預警技術(shù)設備，其中包括多級生物毒性預警儀器、新型生物在線(xiàn)傳感技術(shù)設備、快速篩查診斷技術(shù)等。而石家莊采用的水環(huán)境生物毒性預警監測和智能化綜合集成技術(shù)監測技術(shù)已經(jīng)能夠實(shí)現對多種有機污染物和重金屬的監測預警。”
同時(shí)，將對毒性應急處置的解決方案集成進(jìn)整個(gè)系統也是生物預警監測技術(shù)的創(chuàng )新之處。“即使在歐盟一些國家仍然是將監測預警和提供解決方案分開(kāi)。而隨著(zhù)我國相關(guān)研究不斷發(fā)展，已經(jīng)可以把針對不同毒性物質(zhì)的預警及其解決方案集成到一套監測預警系統中。”王子健說(shuō)。
他進(jìn)一步解釋說(shuō)，這一技術(shù)可以將生物毒性監測預警技術(shù)、智能化判斷污染因子的技術(shù)和解決方案模塊嵌入整套系統，通過(guò)智能化解析真正實(shí)現由監測預警系統來(lái)“開(kāi)藥方”，便于決策者進(jìn)行決策，大大節省了應急處置時(shí)間。
此外，生物預警監測技術(shù)還能將數據通過(guò)APP實(shí)時(shí)傳送到手機等移動(dòng)終端，便于監測者實(shí)時(shí)了解水質(zhì)污染及其產(chǎn)生原因。
流域監測預警方式尚需優(yōu)化
生物監測設備進(jìn)入市場(chǎng)需要對設備進(jìn)行質(zhì)量認證，同時(shí)目前分散的設備不利于流域綜合管理和調度
在進(jìn)行生物預警監測過(guò)程中如何布點(diǎn)并進(jìn)行評價(jià)也是業(yè)內關(guān)注的重點(diǎn)。河北省環(huán)境監測中心站站長(cháng)謝劍鋒表示，地表水監測的點(diǎn)位優(yōu)化問(wèn)題值得重視。“比如在某段水體上有幾個(gè)連續的采樣點(diǎn)兒，地方政府希望在水質(zhì)良好的水體上多布點(diǎn)。這就需要科學(xué)合理布點(diǎn)。”
同時(shí)，謝劍鋒表示，過(guò)去建設監測站缺乏統一規劃和目的性，以河北省為例，省環(huán)境監測中心站下設36個(gè)監測站，但是其中有些設備已經(jīng)招標還沒(méi)建好。“滹沱河監測站建設在入庫口上游，為監測預警預留了充足的時(shí)間，可以說(shuō)是監測預警的標桿站。”
此外，行業(yè)專(zhuān)家也建議石家莊采用的水環(huán)境生物毒性預警監測和智能化綜合集成技術(shù)應進(jìn)一步完善。環(huán)境保護部監測處副處長(cháng)汪志國表示，生物毒性預警監測需要標準化，這樣在儀器認證時(shí)可以依據標準進(jìn)行認定。
對此，王子健表示，住建部正在進(jìn)行公示的水源地生物監測預警規程，相關(guān)工作將在以后的市場(chǎng)應用和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中加以完善。
中國工程院院士劉文清也表示，監測儀器生產(chǎn)前需要到技術(shù)監督局申請儀器設備生產(chǎn)許可證。而設備能夠應用到環(huán)保、氣象或者其他領(lǐng)域，則需要市場(chǎng)對設備有需求，并且相關(guān)部門(mén)可以檢測。目前國外有生物監測設備的標準體系，在我國尚屬空白。
“其實(shí)利用魚(yú)的行為響應也是傳感器原理，而其生物學(xué)和行為的描述也需要通過(guò)指標化來(lái)認定。預期生物預警監測技術(shù)經(jīng)過(guò)標準完善，或者有可采的國外等效標準后就可以在國內應用推廣，推動(dòng)生物毒性監測技術(shù)的市場(chǎng)發(fā)展。而石家莊的監測站有望成為水質(zhì)預警監測發(fā)展趨勢的樣板來(lái)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。”劉文清說(shuō)。
延伸閱讀
監測水源地費用如何降？
平時(shí)進(jìn)行常規監測報警時(shí)觸發(fā)整套系統
中國環(huán)境報記者 張蕊 報道 在我國的水源地監測中，監測費用問(wèn)題不容小覷。對此，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員王子健表示，節能是生物毒性預警監測技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)之一。 “我們的方法是讓水質(zhì)安全時(shí)沒(méi)有必要運行的設備都處于待機狀態(tài)，等生物毒性觸發(fā)預警時(shí)再全部開(kāi)啟，這樣不僅可以節約電費、還能減少使用大量化學(xué)試劑。每年的運維費用主要就是常規5項指標和生物質(zhì)預警設施使用的電費、清鳉魚(yú)更換的費用和人工成本。”他說(shuō)。
有業(yè)內人士表示，“水十條”明確要求，完善水環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )，統一規劃設置監測斷面（點(diǎn)位）。提升飲用水水源水質(zhì)全指標監測、水生生物監測、地下水環(huán)境監測、化學(xué)物質(zhì)監測及環(huán)境風(fēng)險防控技術(shù)支撐能力。在“水十條”的帶動(dòng)下，預警監測技術(shù)和產(chǎn)業(yè)有望獲得較大發(fā)展。能夠達到良好監測效果的同時(shí)做好成本控制的產(chǎn)品和技術(shù)將受到青睞。
中國工程院院士劉文清表示，現在我國的水質(zhì)監測站很多都采用國外設備，而自主研發(fā)和國內生產(chǎn)能降低水質(zhì)監測設備的價(jià)格，對于國內產(chǎn)業(yè)是件好事。
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