羅建平 林映津 余任重 曾小妹

(1.三明市環(huán)保信息宣教中心， 福建 三明 365000；2.福建省湖庫流域生態(tài)修復工程研究中心， 福建 福州 350008)

目前，對生活飲用水源地水質的監(jiān)測，不論是自動在線監(jiān)測，還是定期采樣的實驗室分析監(jiān)測，基本都是監(jiān)測水質的理化指標，其不足之處就是不能快速、直接地反映水質的突發(fā)性污染事故，而生物監(jiān)測技術是利用活體生物在水質污染時的行為生態(tài)學的變化和反應，直接、快速地反映水質毒性的變化，為水質監(jiān)測、應急和綜合評價提供了科學依據(jù)。

1 飲用水源水質監(jiān)測情況

三明市區(qū)現(xiàn)有兩個飲用水源，分別為東牙溪水庫飲用水源和薯沙溪水庫備用水源。兩個水源均建設了一座自動在線水質理化指標監(jiān)測站，同時，監(jiān)測部門還每月進行一次人工采樣，實驗室理化監(jiān)測指標分析，為保障水質安全提供了準確的理化監(jiān)測數(shù)據(jù)。

為保障飲用水源水質的安全和可能發(fā)生水污染事故的快速應急處置，2019年，三明市在東牙溪水庫飲用水源地部署建設了2套生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)，在薯沙溪水庫備用水源地部署建設了1套生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)。

2 生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)

東牙溪水庫飲用水源和薯沙溪水庫備用水源部署建設的兩套生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)采用華川技術有限公司研發(fā)裝置和系統(tǒng)，主要由生物在線監(jiān)測單元、水質監(jiān)測單元和控制主機單元組成。

生物在線監(jiān)測單元由箱體、生物體斑馬魚和大型溞、傳感器和高清視頻采集攝像機等組成，通過生物體斑馬魚和大型溞感知水體的毒性反應，傳感器和高清視頻采集攝像機將信號傳到控制主機單元進行分析計算。

控制主機單元主要由PLC、電腦和遠程服務器組成，主要功能就是控制整套生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)的自動在線運行，將采集生物在線監(jiān)測單元傳感器和高清視頻采集攝像機信號進行分析和計算，將計算的預警數(shù)據(jù)、圖像和信息信號傳輸?shù)竭h程的信息平臺和移動終端上，以及控制水質監(jiān)測單元的運行。

生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)除了對水體毒性進行監(jiān)測外，還配置了一套水質監(jiān)測單元，對水體的理化指標進行監(jiān)測。本系統(tǒng)了選配了pH、ORP、溶解氧、電導率、氨氮等理化監(jiān)測項目，從而使生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)能對監(jiān)測的水體進行更加全面監(jiān)測和完整的綜合評價。

生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)也是三明市生態(tài)環(huán)保智慧監(jiān)管云平臺水質數(shù)據(jù)采集組成部分。生物體斑馬魚和大型溞的行為數(shù)據(jù)、高清視頻攝像機影像信號、溶解氧和氨氮等理化監(jiān)測數(shù)據(jù)實時在線傳輸?shù)奖O(jiān)管云平臺上，同時，系統(tǒng)可設置和綁定監(jiān)管人員的手機號碼，一旦發(fā)生毒性污染事件，監(jiān)管云平臺和綁定的手機都可及時收到水質預警信息，確保水質的安全。

3 生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)應用分析

目前，利用生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)進行水質的毒性監(jiān)測，尚處于實驗室研究階段，國家標準《水質 物質對淡水魚(斑馬魚)急性毒性測定方法》(GB/T13267-91)、《水質 急性毒性的測定 斑馬魚卵法》(HJ1069-2019)規(guī)定的靜水試驗法、換水試驗法和流水試驗法，都是以實驗室方法為主。大型溞和斑馬魚一樣，也是一種國際上公認的毒性監(jiān)測試驗標準生物，國外將其作為水環(huán)境重金屬及農(nóng)藥污染水體的監(jiān)測技術已有應用，而國內利用生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)應用于實際水體的自動在線監(jiān)測的案例還比較少。

為了確保生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)的準確和可靠性，本文分別對系統(tǒng)進行了實驗室條件下的測試和現(xiàn)場實用條件下和驗證測試。

3.1 實驗室數(shù)據(jù)分析

在實驗室條件下，選取毒害物質重金屬離子、有機試劑、農(nóng)藥和藻毒素進行測試，測試斑馬魚、大型溞在不同毒害物質和濃度下運動異常反應及系統(tǒng)發(fā)出報警的時限。以大型溞為例的實驗室測試結果見表1。

表1 大型溞在實驗室條件下運動異常及系統(tǒng)報警時長

3.2 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析

生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)在東牙溪水庫飲用水源地和薯沙溪水庫備用水源地現(xiàn)場部署安裝建設后，經(jīng)調試投入使用。為驗證系統(tǒng)的可靠性和結果的可比性，2019年12月初，以大型溞為例，選取了與實驗室類別一樣的幾種毒性物質進行現(xiàn)場測試，測試結果見表2。

表2 大型溞在現(xiàn)場環(huán)境下運動異常及系統(tǒng)報警時長

由表2數(shù)據(jù)可得，現(xiàn)場環(huán)境下重金屬類鉻離子濃度0.2mg/L平均報警時間為24min后，濃度1.0mg/L平均報警時間為17min后，汞離子濃度0.01mg/L平均報警時間為26min后；有機試劑類三氯甲烷0.06 mg/L平均報警時間為22min后，甲醛濃度4.5mg/L平均報警時間為34min后；有機磷類農(nóng)藥(以敵敵畏為例)濃度0.05mg/L平均報警時間為14min后，擬除蟲菊酯類農(nóng)藥(以溴氰菊酯為例)濃度0.02mg/L平均報警時間為8min后。藻密度為2.1×107cells/L顫藻平均報警時間為17h后，藻密度為2.1×108cells/L顫藻平均報警時間為15h后。

4 結論

研究結果表明，生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)(大型溞)對水體水質的毒性監(jiān)測是快速和有效的。同濃度毒性物質報警時間相差不大，不同的毒性物質對大型溞行為的影響存在一定差異，隨著污染物濃度增大，大型溞行為反應變化趨勢變強。數(shù)據(jù)表明，無論是在實驗室條件還是在實際應用環(huán)境下，大型溞對同種毒性物質和濃度的行為反應時限的趨勢是一致的。

綜上，通過基于生物行為變化的生物水質監(jiān)測指示系統(tǒng)來監(jiān)測水源地、河流、污水處理廠等水質毒性的預警技術，實現(xiàn)了水質毒性的在線快速安全監(jiān)測。