太湖、千島湖、丹江口水庫等均是(shì)我國超大型的飲(yǐn)用水(shuǐ)水源地。在2007年經曆過太湖藍藻(zǎo)爆發引起(qǐ)的供水恐慌之後,政府及公共均意識(shí)到采取(qǔ)有效管理措施、減少水體藻華汙染的迫切性,也認識到監測預警(jǐng)的重要性。因此,在(zài)水專項和其他項目的支(zhī)持下(xià),包括上述超大型水源地均建設和(hé)運行著以有害藻華監測為主,包括其他水質多個指標的多(duō)台多點位水質(zhì)浮標、多層麵水質剖麵(miàn)浮標。
這是因為,一個(gè)完整的藻類監測包含了多個因子,這些因子裏麵部分(fèn)是水質本身(shēn)的參數,包括氮磷輸入和底部沉積物中死亡藻(zǎo)類和底泥的釋放,同時還包括了其他相關因子,如光合有(yǒu)效輻射(PAR)、風速、風(fēng)向及CO2等非水體參數。
而在水質參(cān)數裏,首先(xiān)是需要測(cè)量(liàng)和監測水(shuǐ)質五參數,這是因為它們與藻類的狀態、藻類(lèi)的成長和消(xiāo)亡密(mì)切相關,如圖簡要描述了五參數與藻類的關係。
下麵的(de)實例來自我國(guó)某供水公司的(de)一個實際和具體(tǐ)的項目。該客戶也麵臨著嗅味的(de)困擾。為了了解和掌握原水(shuǐ)中的藍綠藻水平,從而為自來水的生產贏得時間(jiān),管理者們要求在原水(湘江江水)階段采取技術手段。
客戶(hù)需求
監測點位 | 水源進水池和(hé)輸水管(進入水廠)末端設置,共兩處 |
監測形式 | 針對以藍綠藻監測為(wéi)主的原位自動連續監測 |
監測頻次 | 可設(1次/秒~1次/天) |
投放方式(shì) | PVC豎管保護安裝於水(shuǐ)池 |
數據顯示和傳(chuán)輸 | 現場顯示(立杆安裝或者壁掛)和無線4G傳輸 |
供 電 | 現場需提供12V直流電 |
表1 基本要求
方案(àn)選擇
為了(le)滿(mǎn)足這種監測需要,草莓视频黄污污污的工(gōng)程師向客戶介(jiè)紹(shào)了可能(néng)的方案,包括便攜式現場測量的(de)方式,以便其供(gòng)水公司的客戶選擇(zé)適合的技術路線和實施方法,請見表2
主機+傳(chuán)感器 | 方(fāng)案 | 同類型程序凍(dòng)融係統 |
EXO+TAL-PC | 連續監測(cè) | 可同時監測多個水質參數,可自清潔,適合原位、長期(qī)、在線、連續監測 |
ProDSS+TAL-PC | 便攜測量 | 可同時測量多個水質參數,含藍綠藻,便攜式巡測(cè)使用 |
ProSwap log ger+TAL-PC | 便攜測量或連續監測 | 單參(cān)數(比如總藻 - 藍綠藻和葉綠素)連續(xù)監測或者便攜式巡(xún)測 |
表2 可供選擇的測(cè)量和(hé)監測方案
備注:
上述TAL-PC均指總藻傳感器,包(bāo)含葉綠素和藍綠藻(藻藍蛋白)二合一(yī)傳感器;
2.上述三處提(tí)及的TAL-PC傳(chuán)感器,設計原理和材質相同,區別在於EXO上的總藻傳感器TAL-PC與後兩者的(de)TAL-PC接口不同(tóng)(詳見下麵1照片)
解決方案(àn)
經過對方案的評(píng)審、選擇,針對該項目的監測方案業已得到真(zhēn)正的實踐。下圖是該項目選擇的儀器(YSI EXO)、係統和現場安裝實況。
599503-00 | EXO3 主機,五傳感器(qì)接口(kǒu) |
599102-01 | EXO 總藻傳感器 |
599090-01 | EXO 清潔刷 |
599008-10 | EXO 10 米野外電纜 |
599870 | 溫度電導率傳感器 |
599820 | 信號轉換器DCP |
RIC-DL800 | 儀器集成、顯示和(hé)數據傳輸 |
CabinCase01 | 室外機櫃和安裝組件 |
表3 選型和配置
更(gèng)多關於(yú)水質參數和藻類,包含藍綠藻關(guān)係的(de)更為詳細的描述,按(àn)水質(zhì)參數對有害藻華監測的(de)重要性排列和說明如下[2][4]:
藻類色素 在HAB監測中,葉綠素、藻藍蛋白和(hé)藻(zǎo)紅蛋白是(shì)非常有用的。幾十年來,葉綠素一直(zhí)被用來監測任何(hé)類(lèi)型的藻類的生(shēng)長。藻青蛋白是淡水係統中藍綠藻的一(yī)種更特異的指示物,而藻紅蛋白是海洋係統中藍(lán)綠藻的(de)一種有用的(de)指(zhǐ)示物(wù)
注:HAB-有害藻華
硝酸鹽(yán) YSI的HAB監測愛好者和(hé)其他人一樣,熱切期待EXO NitraLED傳(chuán)感器的推出,因為對於HAB的促進與營養鹽汙染高度相關。硝酸鹽是兩種關鍵營養鹽之其一,另一種是(shì)磷酸鹽,它對於健康水體(tǐ)中的藻類生長通常是有限的。在監測中加入NitraLED對於掌握淡水係統的富營養化是非常重(chóng)要的。在海水係統中監測熒光溶解有(yǒu)機物(fDOM)會有幫(bāng)助
注:
NitraLED- YSI推出的(de)光(guāng)學硝酸(suān)鹽原位監測傳感器,該傳感器適配(pèi)於YSI EXO任意型號(hào)的主機平台上。
fDOM - 熒光(guāng)性有機物,下同
溶解氧 氧氣是光(guāng)合作用的產物,在光合作用和呼(hū)吸作用的晝夜(yè)循環的平衡中,藻類分別會產生(shēng)氧氣(qì)和消耗氧氣。與此同時,其他生物也在晝夜不停地消耗氧氣。在HAB生長的早期和高峰階段,由(yóu)於白天的高光合活(huó)性,DO顯著增加。隨著藻華消(xiāo)退和死亡,藻(zǎo)類成為細菌和其他消(xiāo)耗氧氣的生物(wù)的食物,溶解氧水平會急劇下降
pH 與DO一樣,pH值對(duì)藻類生長(zhǎng)有響應,通常(cháng)隨藻類的生長而增加。和DO一樣,這部分是(shì)由於光合作用(在這種情況下消耗溶解的二氧(yǎng)化碳)和呼吸作用(產生二(èr)氧化碳)之間的平衡。二氧(yǎng)化碳溶解在水中的主要形式之一是碳酸(H2CO3),顧名思義,它的pH值很(hěn)低。它與其他碳形式保持平衡,特別是碳酸氫(qīng)鹽(HCO3-)和碳酸鹽(CO3-)。隨著藻類(lèi)消耗二(èr)氧(yǎng)化碳,越(yuè)來越少的二氧化碳以碳酸的形式溶(róng)解在水中,pH值將會增加,最終在嚴重時的HAB中可達到9或10
溫度 氣候變化導致季節變化或者存在熱(rè)汙染,會使水體變暖,這將有利於大多數藍綠藻在淡水係統中(zhōng)的增殖從而(ér)形成(chéng)有害藻華。在海水係(xì)統中,許多紅潮和褐潮的藻類形成也(yě)對特定的溫度範圍有偏好。雖然它影響藻類的生長,但是溫度不受藻類的影響,這與上麵討論的色素、DO和pH參數不同。因此,作為HAB監測的一部分,監測(cè)溫(wēn)度的主(zhǔ)要目的是(shì)為了更好地了解什麽溫度是的藻類爆發所中意的最佳溫度
光合有效輻射PAR PAR是指與表麵光相比,通過擴散進入到水體中可被藻類吸(xī)收(shōu)所利用(yòng)的陽光量。了解PAR及它是如何隨時間、季節或處理措施的變化(huà)而變化將有助於管理HAB,尤其是與上述參數結合在一起
濁度 濁度會幹擾光的穿透,從而會幹擾藻類的監測。濁度也可以檢測徑流中帶來的泥沙羽流,有時它也(yě)指(zhǐ)標著營養鹽的(de)進入,同(tóng)時濁度測量也是NitraLED硝酸鹽氮傳感(gǎn)器準確測量的需要
fDOM 熒光(guāng)溶解有機物(fDOM)是水中有機物的一小部分。在某些環境中,導(dǎo)致水中有(yǒu)機物含量高的條件也可以促進藻類的生長
總結起來,完(wán)整的有害藻華監測可以考(kǎo)慮選擇的水質參數應包括:
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