我市智能化生物毒性预警系统试运行

河水出现问题 鱼儿第一时间预警

我市智能化生物毒性预警系统试运行

实现全天候水质监测 在全国尚属首创

□本报首席记者 靳晓磊

近年来，国内多次发生水污染事件，由于污染原因复杂，往往导致从污染事件发生到采取应急措施，需要几天甚至十几天时间。该如何能在第一时间知悉水质出现问题，并采取行动？

今年初，我市在岗南水库来水的滹沱河、黄壁庄水库来水的冶河和黄壁庄水库副坝取水口，共建成3座基于生物综合毒性的智能化超级水质预警监测站，将生物毒性预警和理化监测指标相结合，以期达到实时监测预警、并能快速反应的目的。

小鱼儿当上“水质检测员”

7月22日，在平山县杨家桥乡河西头村滹沱河畔的智能化生物预警水质预警监测站，记者看到，身长3厘米左右、通体透明的小鱼，在8个直径约5厘米、容积150毫升的容器里欢快地游动着；容器上下分别有橡胶管连接；容器上方的显示屏上，显示着8组不断变化着的“心电图”。

“这些小鱼儿是青鳉鱼，里面的水就是从滹沱河抽上来的水。”市环境监测中心副主任洪纲解释说，容器叫“生物行为传感器”，而这8组类似心电图的曲线图，反应的则是这8个容器里青鳉鱼的活动行为。

他解释说，当鱼儿感受到水中有污染、毒性物质存在后，会有一个回避行为， 这个鱼儿回避行为的最初表现便是异常兴奋、游动突然加速，而通过安装在容器内的监测水纹波动的行为传感器，就将这一反映捕捉下来，并通过电信号反映到监测系统的曲线图上。

“这与心电图的原理类似，如果活动突然剧烈，曲线图的变化就会不平稳。”洪纲说，当鱼儿在一定时间内（一般以20分钟为界）出现曲线剧烈变化时，就说明水质有可能被污染了。

他进一步解释，滹沱河的水通过置于水中的潜水泵和铺设在地下的水管，被逐时输送到站内，然后经过简单的物理过滤，去除砂石、泥浆等沉淀后，分成平行的8条通道流向小鱼活动的容器里，并从位于容器上方的橡皮管流出，这样就能保证容器内的水和河里的水基本同步。

“这样，当滹沱河的水质出现问题，生活在容器中的青鳉鱼就会‘第一时间’感知，并作出反应，从而实现24小时的实时监测。”洪纲说，通过电信号的变化程度，再经过计算机对数据进行系统分析，采用模式识别等算法模型，可以实时预警水体综合毒性及其污染程度。

触发警报后集成系统全面启动

除了盛放着青鳉鱼的监测设施，在这个现代化的监测站内，还并排摆放着一排理化指标检测设备。

“滹沱河水被不断抽取到这个集成系统中，首先流过小鱼所在的设备中，之后还会进入其他理化指标的专项检测设备。”洪纲介绍，在这个站点，他们有针对性地设置了17种理化指标参数的检测，可以同步检测常规5项参数（pH、温度、浊度、溶解氧、电导率）、高锰酸盐指数、总磷、总氮和氨氮等化学污染物和多种重金属污染物指标。

他介绍说，如果反应鱼儿变化的多个曲线图在20分钟内都显示异常，监控小鱼的生物传感器就会及时报警，报警后，理化指标检测设备将会进入同步检测程序，检测17种理化指标中是否存在异常指标。

洪纲进一步解释说，这一技术可以将生物毒性监测预警技术、智能化判断污染因子的技术和解决方案模块嵌入整套系统，先通过生物预警监测对综合毒性进行“定性”，然后，再通过智能集成系统“判断”查找“元凶”。“如果17种理化指标没有发现问题，我们将使用专业质谱设备进一步筛查，来查找污染物到底是什么。”他说。

这种将毒性应急处置的解决方案集成进整个系统，是生物预警监测技术的创新之处。“即使在欧盟一些国家仍然是将监测预警和提供解决方案分开。”洪纲说，他们这套系统是把预警及其解决方案集成到一套监测预警系统中的一种探索，通过这种快速的智能化解析实现由监测预警系统来“开药方”，也便于决策者进行决策，可以大大节省应急处置时间。

洪纲同时表示，将生物毒性预警触发机制、快速筛查诊断技术、人工智能决策技术相结合的水质监测系统属于创新技术，目前仍需不断摸索，还有很多待完善、待改进、待实践的方面。

为何要选青鳉鱼来当“哨兵”

鱼儿在水污染后一般都会出现异常，在这个智能化超级水质预警监测站里为何偏偏选择青鳉鱼？又为啥不放在一起，而是分成了8个容器呢？

对此，负责运营设备的中国科学院生态环境研究中心刘勇告诉记者，用鱼儿等生物来进行水质监测并不是新鲜事，但以往多以“观测法”常见，也就是用肉眼查看鱼的活动行为是否有异常，这样就容易存在误判。而利用生物传感技术，通过监测鱼的行为变化可以更准确将水质变化快速反馈出来。

为何选择“青鳉鱼”作为这种技术的实施者呢？据刘勇介绍，青鳉鱼俗称“稻田鱼”，因为个头小，青鳉鱼对水质、环境变化特别敏感，而且对不同量的化学毒性会有不同行为响应，是国际知名的医学用鱼，让他们做水质毒性的“哨兵”再合适不过。

他介绍说，目前这些看似平常的小鱼实际上是在无污染的条件下经过毒理学规范标准化繁殖培养驯化而来，以保证它们对毒性物质的敏感。

这些小鱼为啥不放在一个容器里？刘勇解释说，这是为了确保不出现误差，“因为个体差异，有可能个别小鱼自身原因引起行为异常，为了避免这种误判，监测仪上平行连接了8个容器，每个容器装有3条青鳉鱼。”他说，这样，只有当大多数（5条以上）曲线图变化剧烈，并且持续20分钟以上时，才会触发预警系统的启动。

同时，刘勇进一步介绍说，青鳉鱼尤其对杀虫剂等有机污染物响应敏感，最长无人值守时间可达3个月以上。而为了避免小鱼对水源产生适应性，保持生物对毒物的敏感性，监测人员每个月都要更换一批小鱼，被换下的青鳉鱼可“轮休再上岗”或“退役”。

生物预警为应急行动“抢时间”

记者了解到，在刘勇的手机上，还安装着一个“生物预警监测系统”的APP客户端。打开这个客户端，站内的各种数值同步显示在手机上，就连8组曲线图也都可以实时查看。“我们相关监测人员的手机上都安装了这个客户端，这样可以实时了解水质污染及其产生原因。”洪纲说。

据了解，目前，省会的饮用水水质监测指标覆盖了109个国标全项，包括化学品、农药等引发的有机物污染，以及重金属、藻毒素等污染，为啥还要建这样的生态水质预警监测站呢？

对此，洪纲介绍，虽然国家规定的饮用水水质检测项目已达100多项，但并未覆盖全部污染物质，而且，针对河流的监测也是有针对的几种，并且时效性差，并不是所有断面都实现24小时监测，虽然能及时掌握水源地的水质状况，但还不能说是最好的保护和预警。

“青鳉鱼这种生物传感技术的应用，是除了常规的监测设备，对生物毒性的一种监测。”他说，因为水生生物是最敏感的，如果水源地周边有了污染事故，可以第一时间有所反应，最明显的好处就是“快”，可以24小时提供最为直观的“综合毒性”的预警。

目前，正在试运行的3座水质预警监测站的选址也是基于这种考虑。据洪纲介绍，2013年底，我市在岗南水库来水的滹沱河上游、黄壁庄水库来水的冶河上游和黄壁庄水库取水口，共建设了3座基于生物综合毒性的智能化超级水质预警监测站。

“这三个位置有两个是岗南水库来水的最上游位置，还有一个是石家庄的两大‘水缸’之一黄壁庄水库的出水位置。”他说，在这三个位置建站，如果水质有问题，我们可以快速反应，为预警及下一步应急行动留出“提前量”。

编辑： 张小波