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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生變化。
●采用常規的化學監測，難以對多種化學污染物進行實時監測，預警遲滯，一旦發生水環境污染事故，再到采取有效的處理措施需要耗費大量時間
●我國的水源地監測技術一般包含常規5參數指標、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發光菌、魚設備等，在生物預警監測系統的建設方面還很欠缺
近年來，我國水污染事故頻發，嚴重影響到飲用水源安全，威脅公眾健康。從2005年11月發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月江蘇鎮江韓國貨輪苯酚泄漏導致鎮江市區自來水“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生原因和特點也越發復雜。暴發原因包括污染源事故性排放、工業化學品運輸泄漏、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，河北省石家莊市環保局和市環境監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測站，采用中國科學院生態環境研究中心和無錫中科水質環境技術有限公司聯合研發的水環境生物毒性預警監測和智能化綜合集成技術，將生物和理化監測毒性預警相結合，達到智能化連續、實時監測預警的目的。
讓魚來做水源地的“看門狗”
傳統監測難以達到實時監測預警目的，采用生物預警能有效進行連續實時監測
記者了解到，目前我國對水源地的監測預警主要采用化學監測方法，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，采用常規的化學監測，難以對多種化學污染物進行實時監測，預警遲滯，從發生水環境污染事故，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？中國科學院生態環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測。但是，由于用大型溞監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生變化。我們通過電信號的改變，經過計算機對數據進行系統分析，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測站運行的智能綜合預警監測系統（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，上面置有監測魚行為運動信息的顯示屏。
整個生物監測設備被置于智能化集成系統平臺中，并在這個系統上連接不同理化監測設備，可以同時對常規5項參數（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。
中國科學院生態環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過毒理學規范標準化繁殖培養，以保證它們對毒性物質敏感。如果有毒物質進入水體，就會觸發它們響應，通過電信號反饋到控制系統，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。
智能集成系統成“專家”
系統智能檢測污染物，并可提供相應解決方案
據了解，我國的水質預警監測存在監測指標欠缺、難以及時有效提供解決方案等不足。“我國的水源地監測技術一般包含常規5參數指標、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金屬，少部分配有發光菌、魚設備等，在生物預警監測系統的建設方面還很欠缺。”
王子健表示，“歐盟在2005年至今的水環境監測預警技術開發布局中支持各類型新型生物監測預警技術設備，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境生物毒性預警監測和智能化綜合集成技術監測技術已經能夠實現對多種有機污染物和重金屬的監測預警。”
同時，將對毒性應急處置的解決方案集成進整個系統也是生物預警監測技術的創新之處。“即使在歐盟一些國家仍然是將監測預警和提供解決方案分開。而隨著我國相關研究不斷發展，已經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測預警系統中。”王子健說。
他進一步解釋說，這一技術可以將生物毒性監測預警技術、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，通過智能化解析真正實現由監測預警系統來“開藥方”，便于決策者進行決策，大大節省了應急處置時間。
此外，生物預警監測技術還能將數據通過APP實時傳送到手機等移動終端，便于監測者實時了解水質污染及其產生原因。
流域監測預警方式尚需優化
生物監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度
在進行生物預警監測過程中如何布點并進行評價也是業內關注的重點。河北省環境監測中心站站長謝劍鋒表示，地表水監測的點位優化問題值得重視。“比如在某段水體上有幾個連續的采樣點兒，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，過去建設監測站缺乏統一規劃和目的性，以河北省為例，省環境監測中心站下設36個監測站，但是其中有些設備已經招標還沒建好。“滹沱河監測站建設在入庫口上游，為監測預警預留了充足的時間，可以說是監測預警的標桿站。”
此外，行業專家也建議石家莊采用的水環境生物毒性預警監測和智能化綜合集成技術應進一步完善。環境保護部監測處副處長汪志國表示，生物毒性預警監測需要標準化，這樣在儀器認證時可以依據標準進行認定。
對此，王子健表示，住建部正在進行公示的水源地生物監測預警規程，相關工作將在以后的市場應用和產業化過程中加以完善。
中國工程院院士劉文清也表示，監測儀器生產前需要到技術監督局申請儀器設備生產許可證。而設備能夠應用到環保、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。預期生物預警監測技術經過標準完善，或者有可采的國外等效標準后就可以在國內應用推廣，推動生物毒性監測技術的市場發展。而石家莊的監測站有望成為水質預警監測發展趨勢的樣板來引領行業發展。”劉文清說。
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監測水源地費用如何降？
平時進行常規監測報警時觸發整套系統
中國環境報記者 張蕊 報道 在我國的水源地監測中，監測費用問題不容小覷。對此，中國科學院生態環境研究中心研究員王子健表示，節能是生物毒性預警監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，等生物毒性觸發預警時再全部開啟，這樣不僅可以節約電費、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。
有業內人士表示，“水十條”明確要求，完善水環境監測網絡，統一規劃設置監測斷面（點位）。提升飲用水水源水質全指標監測、水生生物監測、地下水環境監測、化學物質監測及環境風險防控技術支撐能力。在“水十條”的帶動下，預警監測技術和產業有望獲得較大發展。能夠達到良好監測效果的同時做好成本控制的產品和技術將受到青睞。
中國工程院院士劉文清表示，現在我國的水質監測站很多都采用國外設備，而自主研發和國內生產能降低水質監測設備的價格，對于國內產業是件好事。
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