浅析三明市饮用水环境生物毒性监测应用

罗建平 林映津 余任重 曾小妹

(1.三明市环保信息宣教中心， 福建 三明 365000；2.福建省湖库流域生态修复工程研究中心， 福建 福州 350008)

目前，对生活饮用水源地水质的监测，不论是自动在线监测，还是定期采样的实验室分析监测，基本都是监测水质的理化指标，其不足之处就是不能快速、直接地反映水质的突发性污染事故，而生物监测技术是利用活体生物在水质污染时的行为生态学的变化和反应，直接、快速地反映水质毒性的变化，为水质监测、应急和综合评价提供了科学依据。

1 饮用水源水质监测情况

三明市区现有两个饮用水源，分别为东牙溪水库饮用水源和薯沙溪水库备用水源。两个水源均建设了一座自动在线水质理化指标监测站，同时，监测部门还每月进行一次人工采样，实验室理化监测指标分析，为保障水质安全提供了准确的理化监测数据。

为保障饮用水源水质的安全和可能发生水污染事故的快速应急处置，2019年，三明市在东牙溪水库饮用水源地部署建设了2套生物水质监测指示系统，在薯沙溪水库备用水源地部署建设了1套生物水质监测指示系统。

2 生物水质监测指示系统

东牙溪水库饮用水源和薯沙溪水库备用水源部署建设的两套生物水质监测指示系统采用华川技术有限公司研发装置和系统，主要由生物在线监测单元、水质监测单元和控制主机单元组成。

生物在线监测单元由箱体、生物体斑马鱼和大型溞、传感器和高清视频采集摄像机等组成，通过生物体斑马鱼和大型溞感知水体的毒性反应，传感器和高清视频采集摄像机将信号传到控制主机单元进行分析计算。

控制主机单元主要由PLC、电脑和远程服务器组成，主要功能就是控制整套生物水质监测指示系统的自动在线运行，将采集生物在线监测单元传感器和高清视频采集摄像机信号进行分析和计算，将计算的预警数据、图像和信息信号传输到远程的信息平台和移动终端上，以及控制水质监测单元的运行。

生物水质监测指示系统除了对水体毒性进行监测外，还配置了一套水质监测单元，对水体的理化指标进行监测。本系统了选配了pH、ORP、溶解氧、电导率、氨氮等理化监测项目，从而使生物水质监测指示系统能对监测的水体进行更加全面监测和完整的综合评价。

生物水质监测指示系统也是三明市生态环保智慧监管云平台水质数据采集组成部分。生物体斑马鱼和大型溞的行为数据、高清视频摄像机影像信号、溶解氧和氨氮等理化监测数据实时在线传输到监管云平台上，同时，系统可设置和绑定监管人员的手机号码，一旦发生毒性污染事件，监管云平台和绑定的手机都可及时收到水质预警信息，确保水质的安全。

3 生物水质监测指示系统应用分析

目前，利用生物水质监测指示系统进行水质的毒性监测，尚处于实验室研究阶段，国家标准《水质 物质对淡水鱼(斑马鱼)急性毒性测定方法》(GB/T13267-91)、《水质 急性毒性的测定 斑马鱼卵法》(HJ1069-2019)规定的静水试验法、换水试验法和流水试验法，都是以实验室方法为主。大型溞和斑马鱼一样，也是一种国际上公认的毒性监测试验标准生物，国外将其作为水环境重金属及农药污染水体的监测技术已有应用，而国内利用生物水质监测指示系统应用于实际水体的自动在线监测的案例还比较少。

为了确保生物水质监测指示系统的准确和可靠性，本文分别对系统进行了实验室条件下的测试和现场实用条件下和验证测试。

3.1 实验室数据分析

在实验室条件下，选取毒害物质重金属离子、有机试剂、农药和藻毒素进行测试，测试斑马鱼、大型溞在不同毒害物质和浓度下运动异常反应及系统发出报警的时限。以大型溞为例的实验室测试结果见表1。

表1 大型溞在实验室条件下运动异常及系统报警时长

3.2 现场实测数据分析

生物水质监测指示系统在东牙溪水库饮用水源地和薯沙溪水库备用水源地现场部署安装建设后，经调试投入使用。为验证系统的可靠性和结果的可比性，2019年12月初，以大型溞为例，选取了与实验室类别一样的几种毒性物质进行现场测试，测试结果见表2。

表2 大型溞在现场环境下运动异常及系统报警时长

由表2数据可得，现场环境下重金属类铬离子浓度0.2mg/L平均报警时间为24min后，浓度1.0mg/L平均报警时间为17min后，汞离子浓度0.01mg/L平均报警时间为26min后；有机试剂类三氯甲烷0.06 mg/L平均报警时间为22min后，甲醛浓度4.5mg/L平均报警时间为34min后；有机磷类农药(以敌敌畏为例)浓度0.05mg/L平均报警时间为14min后，拟除虫菊酯类农药(以溴氰菊酯为例)浓度0.02mg/L平均报警时间为8min后。藻密度为2.1×107cells/L颤藻平均报警时间为17h后，藻密度为2.1×108cells/L颤藻平均报警时间为15h后。

4 结论

研究结果表明，生物水质监测指示系统(大型溞)对水体水质的毒性监测是快速和有效的。同浓度毒性物质报警时间相差不大，不同的毒性物质对大型溞行为的影响存在一定差异，随着污染物浓度增大，大型溞行为反应变化趋势变强。数据表明，无论是在实验室条件还是在实际应用环境下，大型溞对同种毒性物质和浓度的行为反应时限的趋势是一致的。

综上，通过基于生物行为变化的生物水质监测指示系统来监测水源地、河流、污水处理厂等水质毒性的预警技术，实现了水质毒性的在线快速安全监测。