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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毒性會有不同行為響應，其逃避運動的電信號會產(chǎn)生變化。
●采用常規(guī)的化學監(jiān)測，難以對多種化學污染物進行實時監(jiān)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間
●我國的水源地監(jiān)測技術一般包含常規(guī)5參數(shù)指標、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發(fā)光菌、魚設備等，在生物預警監(jiān)測系統(tǒng)的建設方面還很欠缺
近年來，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(zhèn)江韓國貨輪苯酚泄漏導致鎮(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)化學品運輸泄漏、人為投放有毒物質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。由此導致從污染事件發(fā)生到相關部門采取應急措施要花費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3座基于生物綜合毒性的智能化超級水質預警監(jiān)測站，采用中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心和無錫中科水質環(huán)境技術有限公司聯(lián)合研發(fā)的水環(huán)境生物毒性預警監(jiān)測和智能化綜合集成技術，將生物和理化監(jiān)測毒性預警相結合，達到智能化連續(xù)、實時監(jiān)測預警的目的。
讓魚來做水源地的“看門狗”
傳統(tǒng)監(jiān)測難以達到實時監(jiān)測預警目的，采用生物預警能有效進行連續(xù)實時監(jiān)測
記者了解到，目前我國對水源地的監(jiān)測預警主要采用化學監(jiān)測方法，對水質的考核指標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都達到要求，對水質的實際安全性依然存疑。
同時，采用常規(guī)的化學監(jiān)測，難以對多種化學污染物進行實時監(jiān)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間。
有沒有能夠及時快速對水體毒性進行預警的方法？中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員王子健表示，對生物綜合毒性進行評價，能夠有效地預警由于有毒物質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)測水質毒性。”
王子健認為，魚類等水生生物在其進化過程中對毒性反應敏感，讓他們做水質毒性的“看門狗”再合適不過。據(jù)他介紹，其實國外早就在應用生物進行水源預警。“比如德國萊茵河就利用大型溞等生物進行預警監(jiān)測。但是，由于用大型溞監(jiān)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(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毒性會有不同行為響應，其逃避運動的電信號會產(chǎn)生變化。我們通過電信號的改變，經(jīng)過計算機對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，進而判斷污染性質及其程度。”王子健說。
記者在滹沱河智能化超級水質預警監(jiān)測站運行的智能綜合預警監(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)測魚行為運動信息的顯示屏。
整個生物監(jiān)測設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)測設備，可以同時對常規(guī)5項參數(shù)（pH、溫度、濁度、溶解氧、電導率）、高錳酸鹽、有機化學污染物和多種重金屬進行同步檢測。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備中，再進入其他設備。
中國科學院生態(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為8個生物行為傳感器，以保證生物監(jiān)測毒性的重復性和準確性。而這些看似平常的小魚實際上是在無污染的條件下經(jīng)過毒理學規(guī)范標準化繁殖培養(yǎng)，以保證它們對毒性物質敏感。如果有毒物質進入水體，就會觸發(fā)它們響應，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警水體綜合毒性。”
他說，它們尤其對殺蟲劑等有機污染物響應敏感，最長無人值守時間可達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，并可提供相應解決方案
據(jù)了解，我國的水質預警監(jiān)測存在監(jiān)測指標欠缺、難以及時有效提供解決方案等不足。“我國的水源地監(jiān)測技術一般包含常規(guī)5參數(shù)指標、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發(fā)光菌、魚設備等，在生物預警監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測預警技術開發(fā)布局中支持各類型新型生物監(jiān)測預警技術設備，其中包括多級生物毒性預警儀器、新型生物在線傳感技術設備、快速篩查診斷技術等。而石家莊采用的水環(huán)境生物毒性預警監(jiān)測和智能化綜合集成技術監(jiān)測技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)對多種有機污染物和重金屬的監(jiān)測預警。”
同時，將對毒性應急處置的解決方案集成進整個系統(tǒng)也是生物預警監(jiān)測技術的創(chuàng)新之處。“即使在歐盟一些國家仍然是將監(jiān)測預警和提供解決方案分開。而隨著我國相關研究不斷發(fā)展，已經(jīng)可以把針對不同毒性物質的預警及其解決方案集成到一套監(jiān)測預警系統(tǒng)中。”王子健說。
他進一步解釋說，這一技術可以將生物毒性監(jiān)測預警技術、智能化判斷污染因子的技術和解決方案模塊嵌入整套系統(tǒng)，通過智能化解析真正實現(xiàn)由監(jiān)測預警系統(tǒng)來“開藥方”，便于決策者進行決策，大大節(jié)省了應急處置時間。
此外，生物預警監(jiān)測技術還能將數(shù)據(jù)通過APP實時傳送到手機等移動終端，便于監(jiān)測者實時了解水質污染及其產(chǎn)生原因。
流域監(jiān)測預警方式尚需優(yōu)化
生物監(jiān)測設備進入市場需要對設備進行質量認證，同時目前分散的設備不利于流域綜合管理和調(diào)度
在進行生物預警監(jiān)測過程中如何布點并進行評價也是業(yè)內(nèi)關注的重點。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)的采樣點兒，地方政府希望在水質良好的水體上多布點。這就需要科學合理布點。”
同時，謝劍鋒表示，過去建設監(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36個監(jiān)測站，但是其中有些設備已經(jīng)招標還沒建好。“滹沱河監(jiān)測站建設在入庫口上游，為監(jiān)測預警預留了充足的時間，可以說是監(jiān)測預警的標桿站。”
此外，行業(yè)專家也建議石家莊采用的水環(huán)境生物毒性預警監(jiān)測和智能化綜合集成技術應進一步完善。環(huán)境保護部監(jiān)測處副處長汪志國表示，生物毒性預警監(jiān)測需要標準化，這樣在儀器認證時可以依據(jù)標準進行認定。
對此，王子健表示，住建部正在進行公示的水源地生物監(jiān)測預警規(guī)程，相關工作將在以后的市場應用和產(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)前需要到技術監(jiān)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、氣象或者其他領域，則需要市場對設備有需求，并且相關部門可以檢測。目前國外有生物監(jiān)測設備的標準體系，在我國尚屬空白。
“其實利用魚的行為響應也是傳感器原理，而其生物學和行為的描述也需要通過指標化來認定。預期生物預警監(jiān)測技術經(jīng)過標準完善，或者有可采的國外等效標準后就可以在國內(nèi)應用推廣，推動生物毒性監(jiān)測技術的市場發(fā)展。而石家莊的監(jiān)測站有望成為水質預警監(jiān)測發(fā)展趨勢的樣板來引領行業(yè)發(fā)展。”劉文清說。
延伸閱讀
監(jiān)測水源地費用如何降？
平時進行常規(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)測費用問題不容小覷。對此，中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員王子健表示，節(jié)能是生物毒性預警監(jiān)測技術的關注點之一。 “我們的方法是讓水質安全時沒有必要運行的設備都處于待機狀態(tài)，等生物毒性觸發(fā)預警時再全部開啟，這樣不僅可以節(jié)約電費、還能減少使用大量化學試劑。每年的運維費用主要就是常規(guī)5項指標和生物質預警設施使用的電費、清鳉魚更換的費用和人工成本。”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，統(tǒng)一規(guī)劃設置監(jiān)測斷面（點位）。提升飲用水水源水質全指標監(jiān)測、水生生物監(jiān)測、地下水環(huán)境監(jiān)測、化學物質監(jiān)測及環(huán)境風險防控技術支撐能力。在“水十條”的帶動下，預警監(jiān)測技術和產(chǎn)業(yè)有望獲得較大發(fā)展。能夠達到良好監(jiān)測效果的同時做好成本控制的產(chǎn)品和技術將受到青睞。
中國工程院院士劉文清表示，現(xiàn)在我國的水質監(jiān)測站很多都采用國外設備，而自主研發(fā)和國內(nèi)生產(chǎn)能降低水質監(jiān)測設備的價格，對于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)是件好事。
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