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青鳉魚，也就是俗稱的稻田魚。這種魚對待不同量的化學(xué)毒性會有不同行為響應(yīng)，其逃避運(yùn)動的電信號會產(chǎn)生變化。
●采用常規(guī)的化學(xué)監(jiān)測，難以對多種化學(xué)污染物進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，預(yù)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(fèi)大量時間
●我國的水源地監(jiān)測技術(shù)一般包含常規(guī)5參數(shù)指標(biāo)、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發(fā)光菌、魚設(shè)備等，在生物預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方面還很欠缺
近年來，我國水污染事故頻發(fā)，嚴(yán)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(zhèn)江韓國貨輪苯酚泄漏導(dǎo)致鎮(zhèn)江市區(qū)自來水“異味”事件，再到2013年山西長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(fù)雜。暴發(fā)原因包括污染源事故性排放、工業(yè)化學(xué)品運(yùn)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，而污染物種類也更加難以確定。由此導(dǎo)致從污染事件發(fā)生到相關(guān)部門采取應(yīng)急措施要花費(fèi)幾天甚至十幾天的時間。人們不禁要問如何才能在污染事故發(fā)生的“第一時間”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(jiān)測中心在崗南水庫來水的滹沱河、黃壁莊水庫來水的冶河和黃壁莊水庫取水口建設(shè)3座基于生物綜合毒性的智能化超級水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測站，采用中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心和無錫中科水質(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(yù)警監(jiān)測和智能化綜合集成技術(shù)，將生物和理化監(jiān)測毒性預(yù)警相結(jié)合，達(dá)到智能化連續(xù)、實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的目的。
讓魚來做水源地的“看門狗”
傳統(tǒng)監(jiān)測難以達(dá)到實(shí)時監(jiān)測預(yù)警目的，采用生物預(yù)警能有效進(jìn)行連續(xù)實(shí)時監(jiān)測
記者了解到，目前我國對水源地的監(jiān)測預(yù)警主要采用化學(xué)監(jiān)測方法，對水質(zhì)的考核指標(biāo)多為對某幾類污染物的限值要求，但是，即使考核的污染指標(biāo)都達(dá)到要求，對水質(zhì)的實(shí)際安全性依然存疑。
同時，采用常規(guī)的化學(xué)監(jiān)測，難以對多種化學(xué)污染物進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，預(yù)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(fèi)大量時間。
有沒有能夠及時快速對水體毒性進(jìn)行預(yù)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，能夠有效地預(yù)警由于有毒物質(zhì)引起的水體的安全性問題，“最簡單的方法就是讓水生生物監(jiān)測水質(zhì)毒性。”
王子健認(rèn)為，魚類等水生生物在其進(jìn)化過程中對毒性反應(yīng)敏感，讓他們做水質(zhì)毒性的“看門狗”再合適不過。據(jù)他介紹，其實(shí)國外早就在應(yīng)用生物進(jìn)行水源預(yù)警。“比如德國萊茵河就利用大型溞等生物進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測。但是，由于用大型溞監(jiān)測對維護(hù)條件要求嚴(yán)格，需要每7天更換一次溞，在我國并不太適合。”
“因此，結(jié)合863的研究項目，在石家莊水源地預(yù)警監(jiān)測中，我們采用了青鳉魚，也就是俗稱的稻田魚。這種魚對待不同量的化學(xué)毒性會有不同行為響應(yīng)，其逃避運(yùn)動的電信號會產(chǎn)生變化。我們通過電信號的改變，經(jīng)過計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而判斷污染性質(zhì)及其程度。”王子健說。
記者在滹沱河智能化超級水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測站運(yùn)行的智能綜合預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)（i-BEWs）中看到了這種小魚，24條青鳉魚體長在3~5厘米左右，分別置于8個透明玻璃體中，上面置有監(jiān)測魚行為運(yùn)動信息的顯示屏。
整個生物監(jiān)測設(shè)備被置于智能化集成系統(tǒng)平臺中，并在這個系統(tǒng)上連接不同理化監(jiān)測設(shè)備，可以同時對常規(guī)5項參數(shù)（pH、溫度、濁度、溶解氧、電導(dǎo)率）、高錳酸鹽、有機(jī)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(tǒng)中，首先流過小魚所在的設(shè)備中，再進(jìn)入其他設(shè)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：“看似像器皿的玻璃體實(shí)為8個生物行為傳感器，以保證生物監(jiān)測毒性的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。而這些看似平常的小魚實(shí)際上是在無污染的條件下經(jīng)過毒理學(xué)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化繁殖培養(yǎng)，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，就會觸發(fā)它們響應(yīng)，通過電信號反饋到控制系統(tǒng)，通過模式識別等算法模型來預(yù)警水體綜合毒性。”
他說，它們尤其對殺蟲劑等有機(jī)污染物響應(yīng)敏感，最長無人值守時間可達(dá)3個月以上。但是為了保持生物對毒物的敏感性，每月要換一次魚。
智能集成系統(tǒng)成“專家”
系統(tǒng)智能檢測污染物，并可提供相應(yīng)解決方案
據(jù)了解，我國的水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測存在監(jiān)測指標(biāo)欠缺、難以及時有效提供解決方案等不足。“我國的水源地監(jiān)測技術(shù)一般包含常規(guī)5參數(shù)指標(biāo)、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發(fā)光菌、魚設(shè)備等，在生物預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)方面還很欠缺。”
王子健表示，“歐盟在2005年至今的水環(huán)境監(jiān)測預(yù)警技術(shù)開發(fā)布局中支持各類型新型生物監(jiān)測預(yù)警技術(shù)設(shè)備，其中包括多級生物毒性預(yù)警儀器、新型生物在線傳感技術(shù)設(shè)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(yù)警監(jiān)測和智能化綜合集成技術(shù)監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多種有機(jī)污染物和重金屬的監(jiān)測預(yù)警。”
同時，將對毒性應(yīng)急處置的解決方案集成進(jìn)整個系統(tǒng)也是生物預(yù)警監(jiān)測技術(shù)的創(chuàng)新之處。“即使在歐盟一些國家仍然是將監(jiān)測預(yù)警和提供解決方案分開。而隨著我國相關(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(yù)警及其解決方案集成到一套監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中。”王子健說。
他進(jìn)一步解釋說，這一技術(shù)可以將生物毒性監(jiān)測預(yù)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(tǒng)，通過智能化解析真正實(shí)現(xiàn)由監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)來“開藥方”，便于決策者進(jìn)行決策，大大節(jié)省了應(yīng)急處置時間。
此外，生物預(yù)警監(jiān)測技術(shù)還能將數(shù)據(jù)通過APP實(shí)時傳送到手機(jī)等移動終端，便于監(jiān)測者實(shí)時了解水質(zhì)污染及其產(chǎn)生原因。
流域監(jiān)測預(yù)警方式尚需優(yōu)化
生物監(jiān)測設(shè)備進(jìn)入市場需要對設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量認(rèn)證，同時目前分散的設(shè)備不利于流域綜合管理和調(diào)度
在進(jìn)行生物預(yù)警監(jiān)測過程中如何布點(diǎn)并進(jìn)行評價也是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。河北省環(huán)境監(jiān)測中心站站長謝劍鋒表示，地表水監(jiān)測的點(diǎn)位優(yōu)化問題值得重視。“比如在某段水體上有幾個連續(xù)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，謝劍鋒表示，過去建設(shè)監(jiān)測站缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和目的性，以河北省為例，省環(huán)境監(jiān)測中心站下設(shè)36個監(jiān)測站，但是其中有些設(shè)備已經(jīng)招標(biāo)還沒建好。“滹沱河監(jiān)測站建設(shè)在入庫口上游，為監(jiān)測預(yù)警預(yù)留了充足的時間，可以說是監(jiān)測預(yù)警的標(biāo)桿站。”
此外，行業(yè)專家也建議石家莊采用的水環(huán)境生物毒性預(yù)警監(jiān)測和智能化綜合集成技術(shù)應(yīng)進(jìn)一步完善。環(huán)境保護(hù)部監(jiān)測處副處長汪志國表示，生物毒性預(yù)警監(jiān)測需要標(biāo)準(zhǔn)化，這樣在儀器認(rèn)證時可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)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(jiān)測預(yù)警規(guī)程，相關(guān)工作將在以后的市場應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化過程中加以完善。
中國工程院院士劉文清也表示，監(jiān)測儀器生產(chǎn)前需要到技術(shù)監(jiān)督局申請儀器設(shè)備生產(chǎn)許可證。而設(shè)備能夠應(yīng)用到環(huán)保、氣象或者其他領(lǐng)域，則需要市場對設(shè)備有需求，并且相關(guān)部門可以檢測。目前國外有生物監(jiān)測設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)體系，在我國尚屬空白。
“其實(shí)利用魚的行為響應(yīng)也是傳感器原理，而其生物學(xué)和行為的描述也需要通過指標(biāo)化來認(rèn)定。預(yù)期生物預(yù)警監(jiān)測技術(shù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)完善，或者有可采的國外等效標(biāo)準(zhǔn)后就可以在國內(nèi)應(yīng)用推廣，推動生物毒性監(jiān)測技術(shù)的市場發(fā)展。而石家莊的監(jiān)測站有望成為水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測發(fā)展趨勢的樣板來引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。”劉文清說。
延伸閱讀
監(jiān)測水源地費(fèi)用如何降？
平時進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測報警時觸發(fā)整套系統(tǒng)
中國環(huán)境報記者 張蕊 報道 在我國的水源地監(jiān)測中，監(jiān)測費(fèi)用問題不容小覷。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(jié)能是生物毒性預(yù)警監(jiān)測技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)之一。 “我們的方法是讓水質(zhì)安全時沒有必要運(yùn)行的設(shè)備都處于待機(jī)狀態(tài)，等生物毒性觸發(fā)預(yù)警時再全部開啟，這樣不僅可以節(jié)約電費(fèi)、還能減少使用大量化學(xué)試劑。每年的運(yùn)維費(fèi)用主要就是常規(guī)5項指標(biāo)和生物質(zhì)預(yù)警設(shè)施使用的電費(fèi)、清鳉魚更換的費(fèi)用和人工成本。”他說。
有業(yè)內(nèi)人士表示，“水十條”明確要求，完善水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置監(jiān)測斷面（點(diǎn)位）。提升飲用水水源水質(zhì)全指標(biāo)監(jiān)測、水生生物監(jiān)測、地下水環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)物質(zhì)監(jiān)測及環(huán)境風(fēng)險防控技術(shù)支撐能力。在“水十條”的帶動下，預(yù)警監(jiān)測技術(shù)和產(chǎn)業(yè)有望獲得較大發(fā)展。能夠達(dá)到良好監(jiān)測效果的同時做好成本控制的產(chǎn)品和技術(shù)將受到青睞。
中國工程院院士劉文清表示，現(xiàn)在我國的水質(zhì)監(jiān)測站很多都采用國外設(shè)備，而自主研發(fā)和國內(nèi)生產(chǎn)能降低水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的價格，對于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)是件好事。
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