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它们身长只有三厘米左右,在透明的容器里欢快地游着;它们看上去只是普通的小鱼,实际上却是“水质检测员”,当它们异常兴奋、游动突然加速,就说明水质有可能被污染了。它们叫青鳉鱼。记者了解到,这种基于生物毒性预警触发机制的智能化超级水质监测系统在全国尚属首创,目前全市已建成三个智能化水质生物预警监测站点。

核心提示:它们身长只有三厘米左右,在透明的容器里欢快地游着;它们看上去只是普通的小鱼,实际上却是“水质检测员” 中国水产门户网报道

近年来,水污染事件时有发生,而由于原因复杂,往往导致从污染事件发生到相关部门采取应急措施花费几天甚至十几天的时间。该如何才能在第一时间就能知悉水被污染,并采取行动?

小鱼活动异常,水质有可能被污染

它们身长只有三厘米左右,在透明的容器里欢快地游着;它们看上去只是普通的小鱼,实际上却是“水质检测员”,当它们异常兴奋、游动突然加速,就说明水质有可能被污染了。它们叫青鳉鱼。记者了解到,这种基于生物毒性预警触发机制的智能化超级水质监测系统在全国尚属首创,目前全市已建成三个智能化水质生物预警监测站点。 小鱼活动异常,水质有可能被污染 7月22日上午,平山县杨家桥乡河西头村,在滹沱河畔的智能化生物水质预警监测站内,24条青鳉鱼在8个约150毫升的容器里游动着,容器上方的显示屏是八个不断变化的“心电图”。 “里面的水是滹沱河的水。”石家庄环境监测中心副主任洪纲介绍,这些容器叫“生物行为传感器”,类似心电图的曲线图反映的是青鳉鱼的活动行为。 洪纲解释说,当鱼儿感受到水中有污染、毒性物质存在后,会有一个回避行为,“表现异常兴奋、游动突然加速。”他说,安装在容器内的传感器会把鱼儿的反应捕捉下来,通过电信号反映到监测系统上。“如果活动突然剧烈,曲线图变化就会不平稳。”他说,当鱼儿在一定时间内出现曲线剧烈变化时,就说明水质有可能被污染了。 洪纲告诉记者,滹沱河的水通过置于水中的潜水泵和管道被输送到站内,然后经过简单的物理过滤,去除砂石、泥浆等沉淀物后,分成平行的8条通道流向小鱼活动的容器里,能基本保证小鱼所在的水和滹沱河里的水是同步的。

在今年初,石家庄市环保局和石家庄市环境监测中心在岗南水库来水的滹沱河、黄壁庄水库来水的冶河和黄壁庄水库副坝取水口建设了3座智能化水质生物预警监测站,将生物毒性预警和理化监测指标相结合,以期达到实时监测预警、并能快速反应的目的,而这种基于生物综合毒性预警触发机制的智能水质监测系统在全国尚属首创。

7月22日上午,平山县杨家桥乡河西头村,在滹沱河畔的智能化生物水质预警监测站内,24条青鳉鱼在8个约150毫升的容器里游动着,容器上方的显示屏是八个不断变化的“心电图”。

现场

“里面的水是滹沱河的水。”石家庄环境监测中心副主任洪纲介绍,这些容器叫“生物行为传感器”,类似心电图的曲线图反映的是青鳉鱼的活动行为。

小鱼当上水质“检测员”

洪纲解释说,当鱼儿感受到水中有污染、毒性物质存在后,会有一个回避行为,“表现异常兴奋、游动突然加速。”他说,安装在容器内的传感器会把鱼儿的反应捕捉下来,通过电信号反映到监测系统上。“如果活动突然剧烈,曲线图变化就会不平稳。”他说,当鱼儿在一定时间内出现曲线剧烈变化时,就说明水质有可能被污染了。

身长三厘米左右、通体透明的小鱼,在八个约150毫升的容器里游动着— 22日,在平山县杨家桥乡河西头村滹沱河畔的智能化水质生物预警监测站,记者看到,每个容器里有3名“水质检测员”,总共24名“检测员”都在欢快游动着,容器上下分别有橡胶管连接。而在容器上方的显示屏上,显示着八个不断变化着的“心电图”式曲线。“这些水质"检测员"叫青鳉鱼,里面的水就是滹沱河的水。”石家庄环境监测中心副主任洪纲解释着,这个容器叫“生物行为传感器”,而这八个类似心电图的曲线图反映的是这八个容器里清鳉鱼的活动行为。

洪纲告诉记者,滹沱河的水通过置于水中的潜水泵和管道被输送到站内,然后经过简单的物理过滤,去除砂石、泥浆等沉淀物后,分成平行的8条通道流向小鱼活动的容器里,能基本保证小鱼所在的水和滹沱河里的水是同步的。

他解释说,当鱼儿感受到水中有污染、毒性物质存在后,会有一个回避行为,这个鱼儿回避行为的最初表现便是异常兴奋、游动突然加速,而通过安装在容器内的监测水纹波动的行为传感器就将这一反应捕捉下来,并通过电信号反映到监测系统的曲线图上,“这与心电图的原理类似,如果活动突然剧烈,曲线图的变化就会不平稳。”他说,当鱼儿在一定时间内出现曲线剧烈变化时,就说明水质有可能被污染了。

他进一步解释,滹沱河的水通过置于水中的潜水泵和铺设在地下的水管被逐时输送到站内,然后经过简单的物理过滤,去除砂石、泥浆等沉淀后,分成平行的8条通道流向小鱼活动的容器里,而位于容器上方的橡皮管则负责流出多余的水,这样就能保证小鱼所在的水和滹沱河里的水是基本同步的。

“这样,当滹沱河的水质出现问题,生活在容器中的青鳉鱼就会“第一时间”感知,并作出反应,从而实现24小时的实时监测。”他说,而通过电信号的变化程度,再经过计算机对数据进行系统分析,通过模式识别等算法模型,就可以预警水体综合毒性及其污染程度。

深入

综合毒性“小鱼”定性,智能集成系统“再判断”

除了盛放着青鳉鱼的监测设施,在这个不大的监测站内,还并排摆放着一排理化指标检测设备。“滹沱河水被不断抽取到这个集成系统中,首先流过小鱼所在的设备中,之后还会进入其他理化指标的专项检测设备。”洪纲介绍,在这个站点,他们有针对性地设置了17种理化指标参数的检测,可以同步检测常规5项参数、高锰酸盐指数、总磷、总氮、氨氮、等化学污染物和多种重金属污染物指标。

他介绍说,如果反应鱼儿变化的多个曲线图在20分钟内都显示异常,监控小鱼的生物传感器就会及时报警,报警后,理化指标检测设备将会进入同步检测程序,检测17种理化指标中是否存在异常指标。

他进一步解释说,这一技术可以将生物毒性监测预警技术、智能化判断污染因子的技术和解决方案模块嵌入整套系统,先通过生物预警监测对综合毒性进行“定性”,然后,再通过智能集成系统“判断”查找“元凶”。“如果17种理化指标没有发现问题,我们将使用专业质谱设备进一步筛查,来查找污染物到底是什么。”他说。

而这种将毒性应急处置的解决方案集成进整个系统也是生物预警监测技术的创新之处。“由监测预警系统来“开药方”,也便于决策者进行决策,大大节省了应急处置时间。

探究

为啥选青鳉鱼,为啥又分成八个容器

鱼儿在水污染后一般都会出现异常,在这个智能化超级水质预警监测站里为何偏偏选择了青鳉鱼?又为啥不放在一起,而是分成了八个容器呢?

对此,负责设备运营的中国科学院生态环境研究中心刘勇告诉记者,用鱼儿等生物来进行水质监测并不是新鲜事,但以往多以“观测法”常见,也就是用肉眼查看鱼的活动行为是否有异常,这样就容易存在误判。而利用生物传感技术,通过监测鱼的行为变化可以更准确将水质变化快速反馈出来。

为何选择“青鳉鱼”作为这种技术的实施者呢?刘勇介绍,青鳉鱼俗称“稻田鱼”,因为个头小,青鳉鱼对水质、环境变化特别敏感,而且对不同量的化学毒性会有不同行为响应,是国际知名的医学用鱼,让他们做水质毒性的“哨兵”再合适不过。

而且,他介绍说,目前这些看似平常的小鱼实际上是在无污染的条件下经过毒理学规范标准化繁殖培养驯化而来,以保证它们对毒性物质敏感。

这些小鱼为啥不放在一个容器里?刘勇解释说,这是为了确保不出现“鱼为”误差,“因为个体差异,有可能个别小鱼自身原因引起行为异常,为了避免这种误判,监测仪上平行连接了8个容器,每个容器装有3条的青鳉鱼。”他说,这样,只有当大多数曲线图变化剧烈,并且持续20分钟以上时,才会触发预警系统的启动。

同时,刘勇进一步介绍说,青鳉鱼尤其对杀虫剂等有机污染物响应敏感,最长无人值守时间可达3个月以上。而为了避免小鱼对水源产生适应性,保持生物对毒物的敏感性,监测人员每个月都要更换一批小鱼。

意义

生物预警给行动预留了“提前量”

在刘勇的手机上,还安装着一个“生物预警监测系统”的APP客户端。打开这个客户端,站内的各种数值同步显示在手机上,就连八张曲线图也都可以实时查看。“我们相关监测人员的手机上都安装了这个客户端,这样可以实时了解水质变化状况及其产生原因。”洪纲说。

据了解,目前,省会的饮用水水质监测指标覆盖了109个国标全项,包括化学品、农药等引发的有机物污染,以及重金属、藻毒素等污染,为啥还要建这样的生态水质预警监测站呢?

对此,洪纲介绍,虽然国家规定的饮用水水质检测项目已达100多项,但并未覆盖全部污染物质,而且,针对河流的监测也是有针对的几种,并且时效性差,并不是所有断面都实现24小时监测,虽然能及时掌握水源地的水质状况,但还不能说是最好的保护和预警。“青鳉鱼这种生物传感技术的应用,是除了常规的监测设备,对生物毒性的一种监测。”他说,因为水生生物是最敏感的,如果水源地周边有了污染事故,可以第一时间有所反应,最明显的好处就是“快”,可以24小时提供最为直观的“综合毒性”预警。而目前,正在试运行的三个水质预警监测站站点的选址也是基于这种考虑:“这三个位置有两个是省会两大“水缸”岗南水库和黄壁庄水库的最上游位置,还有一个是黄壁庄水库的出水位置。”他说,在这三个位置建站,如果水质有问题,就可以快速反应,为预警及下一步行动预留“提前量”。

与此同时,有行业专家建议,这种生物毒性预警监测如果能有统一的标准化指标认定将更有利于推广。“其实利用鱼的行为响应也是传感器原理,而其生物学和行为的描述也需要通过指标化来认定。”这位专家说,生物预警监测技术经过标准完善,将更有利于推动生物毒性监测技术的市场发展。

来源:中国水产养殖网

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