淺析三明市飲用水環(huán)境生物毒性監(jiān)測(cè)應(yīng)用

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(fù)工程研究中心， 福建 福州 350008)

目前，對(duì)生活飲用水源地水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，不論是自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)，還是定期采樣的實(shí)驗(yàn)室分析監(jiān)測(cè)，基本都是監(jiān)測(cè)水質(zhì)的理化指標(biāo)，其不足之處就是不能快速、直接地反映水質(zhì)的突發(fā)性污染事故，而生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用活體生物在水質(zhì)污染時(shí)的行為生態(tài)學(xué)的變化和反應(yīng)，直接、快速地反映水質(zhì)毒性的變化，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急和綜合評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)。

1 飲用水源水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況

三明市區(qū)現(xiàn)有兩個(gè)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(gè)水源均建設(shè)了一座自動(dòng)在線水質(zhì)理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)站，同時(shí)，監(jiān)測(cè)部門還每月進(jìn)行一次人工采樣，實(shí)驗(yàn)室理化監(jiān)測(cè)指標(biāo)分析，為保障水質(zhì)安全提供了準(zhǔn)確的理化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

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

2 生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(shè)的兩套生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)采用華川技術(shù)有限公司研發(fā)裝置和系統(tǒng)，主要由生物在線監(jiān)測(cè)單元、水質(zhì)監(jiān)測(cè)單元和控制主機(jī)單元組成。

生物在線監(jiān)測(cè)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(jī)等組成，通過生物體斑馬魚和大型溞感知水體的毒性反應(yīng)，傳感器和高清視頻采集攝像機(jī)將信號(hào)傳到控制主機(jī)單元進(jìn)行分析計(jì)算。

控制主機(jī)單元主要由PLC、電腦和遠(yuǎn)程服務(wù)器組成，主要功能就是控制整套生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)的自動(dòng)在線運(yùn)行，將采集生物在線監(jiān)測(cè)單元傳感器和高清視頻采集攝像機(jī)信號(hào)進(jìn)行分析和計(jì)算，將計(jì)算的預(yù)警數(shù)據(jù)、圖像和信息信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的信息平臺(tái)和移動(dòng)終端上，以及控制水質(zhì)監(jiān)測(cè)單元的運(yùn)行。

生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)除了對(duì)水體毒性進(jìn)行監(jiān)測(cè)外，還配置了一套水質(zhì)監(jiān)測(cè)單元，對(duì)水體的理化指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)了選配了pH、ORP、溶解氧、電導(dǎo)率、氨氮等理化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，從而使生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)能對(duì)監(jiān)測(cè)的水體進(jìn)行更加全面監(jiān)測(cè)和完整的綜合評(píng)價(jià)。

生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)也是三明市生態(tài)環(huán)保智慧監(jiān)管云平臺(tái)水質(zhì)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(jī)影像信號(hào)、溶解氧和氨氮等理化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線傳輸?shù)奖O(jiān)管云平臺(tái)上，同時(shí)，系統(tǒng)可設(shè)置和綁定監(jiān)管人員的手機(jī)號(hào)碼，一旦發(fā)生毒性污染事件，監(jiān)管云平臺(tái)和綁定的手機(jī)都可及時(shí)收到水質(zhì)預(yù)警信息，確保水質(zhì)的安全。

3 生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)應(yīng)用分析

目前，利用生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)的毒性監(jiān)測(cè)，尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，國家標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì) 物質(zhì)對(duì)淡水魚(斑馬魚)急性毒性測(cè)定方法》(GB/T13267-91)、《水質(zhì) 急性毒性的測(cè)定 斑馬魚卵法》(HJ1069-2019)規(guī)定的靜水試驗(yàn)法、換水試驗(yàn)法和流水試驗(yàn)法，都是以實(shí)驗(yàn)室方法為主。大型溞和斑馬魚一樣，也是一種國際上公認(rèn)的毒性監(jiān)測(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)技術(shù)已有應(yīng)用，而國內(nèi)利用生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際水體的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的案例還比較少。

為了確保生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)的準(zhǔn)確和可靠性，本文分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室條件下的測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用條件下和驗(yàn)證測(cè)試。

3.1 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析

在實(shí)驗(yàn)室條件下，選取毒害物質(zhì)重金屬離子、有機(jī)試劑、農(nóng)藥和藻毒素進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試斑馬魚、大型溞在不同毒害物質(zhì)和濃度下運(yùn)動(dòng)異常反應(yīng)及系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警的時(shí)限。以大型溞為例的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 大型溞在實(shí)驗(yàn)室條件下運(yùn)動(dòng)異常及系統(tǒng)報(bào)警時(shí)長

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(chǎng)部署安裝建設(shè)后，經(jīng)調(diào)試投入使用。為驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和結(jié)果的可比性，2019年12月初，以大型溞為例，選取了與實(shí)驗(yàn)室類別一樣的幾種毒性物質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 大型溞在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)動(dòng)異常及系統(tǒng)報(bào)警時(shí)長

由表2數(shù)據(jù)可得，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下重金屬類鉻離子濃度0.2mg/L平均報(bào)警時(shí)間為24min后，濃度1.0mg/L平均報(bào)警時(shí)間為17min后，汞離子濃度0.01mg/L平均報(bào)警時(shí)間為26min后；有機(jī)試劑類三氯甲烷0.06 mg/L平均報(bào)警時(shí)間為22min后，甲醛濃度4.5mg/L平均報(bào)警時(shí)間為34min后；有機(jī)磷類農(nóng)藥(以敵敵畏為例)濃度0.05mg/L平均報(bào)警時(shí)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(bào)警時(shí)間為8min后。藻密度為2.1×107cells/L顫藻平均報(bào)警時(shí)間為17h后，藻密度為2.1×108cells/L顫藻平均報(bào)警時(shí)間為15h后。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)(大型溞)對(duì)水體水質(zhì)的毒性監(jiān)測(cè)是快速和有效的。同濃度毒性物質(zhì)報(bào)警時(shí)間相差不大，不同的毒性物質(zhì)對(duì)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(yīng)變化趨勢(shì)變強(qiáng)。數(shù)據(jù)表明，無論是在實(shí)驗(yàn)室條件還是在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下，大型溞對(duì)同種毒性物質(zhì)和濃度的行為反應(yīng)時(shí)限的趨勢(shì)是一致的。

綜上，通過基于生物行為變化的生物水質(zhì)監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)水源地、河流、污水處理廠等水質(zhì)毒性的預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)毒性的在線快速安全監(jiān)測(cè)。