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蓝藻叶绿素在线监测预警系统

2020/4/5 19:14:03      点击:
中国水源地水华暴发的现象己经打破了地域限制,在国内各地区均有水华暴发的文献记载,特别是长江中下游地区湖泊全面富营养化,己成为水华暴发频率*高的地区。与水华暴发相关的主要是蓝藻和叶绿素指标,在线监测系统技术均比较成熟且与国际研究处于同一水平。
 蓝藻叶绿素在线监测预警系统
 
 
中国水源地水华暴发的现象己经打破了地域限制,在国内各地区均有水华暴发的文献记载,特别是长江中下游地区湖泊全面富营养化,己成为水华暴发频率*高的地区。与水华暴发相关的主要是蓝藻和叶绿素指标,在线监测系统技术均比较成熟且与国际研究处于同一水平。
   
水华暴发的预测预警方面,则多采用数学模型模拟湖泊或水库的富营养化状态进而预警蓝藻暴发,如太湖地区在水动力学、水质和生态系统动力学模型方面开展了多项研究,得到了多项研究成果,但大部分模型未对湖泊的生态动力学变化作深入研究,无法真正做到预警。
上海清淼光电科技有限公司采用深紫外光谱测量,直接通过测量蓝藻或叶绿素含量,可以直观监测蓝藻等水华藻类浓度变化趋势,进而实现预警。
 
由于蓝藻暴发过程复杂、机制不明确、影响因素多样等限制条件的存在,至今国内外均没有完全成功的案例,部分曾被认为蓝藻己经绝迹的地区重新出现蓝藻暴发(武汉东湖),更多的区域则是在长达几十年的治理之后仍无法根治这个问题(日本霞浦湖、中国太湖等)。蓝藻暴发可以随时间、地域、纬度而变化,暴发机理存在共同点,但影响因素、控制措施则存在较大的差异。
 
存在问题与发展趋势
国内外对于水源地蓝藻暴发的关注集中在暴发机制、风险评估、控制对策、预警预测等几个方面,但由于蓝藻暴发发生历史成因复杂,在机理机制方面尚未形成统一认知,对于暴发之后的风险评估手段、控制对策的研究也存在地域差异,而预警预测的研究理论仍在探索中。
在全球气候变暖的大背景下,出现蓝藻的地方越来越多,不少已经得到控制的水体又重新出现蓝藻暴发,越来越复杂化。
   
有关蓝藻暴发预警预测的研究*难以突破,现有的研究集中于模型预测,但无论是基于经验模型还是机理模型由于其本身发展仍存在种种未知,往往对于历史的回溯较好,但对于未来蓝藻暴发的预测往往验证结果存在较大误差,同时建模过程复杂、模型过于庞大不便于调控等问题也限制了这种预测模式的推开,因而未来有关预警、预测的研究更注重时效性、准确性以及便于调控等方面。
通过对已经暴发蓝藻的水源地分析寻找影响蓝藻暴发的内在、外在因素,同时对未来新的水源地重心进行调查、模拟研究,评估新水源地蓝藻暴发的风险,以期能为新建水源地基于蓝藻暴发的调控管理提供理论支持与对策研究。在以上研究的基础上,针对不同类型的水源地,提出包含监测、预控、控藻及应急响应在内的上海水源地基于蓝藻暴发的控制管理体系。

蓝绿藻传感器是利用蓝藻在光谱中有吸收峰和发射峰这一特性,在蓝藻的光谱吸收峰发射单色光照射到水中,水中的蓝藻吸收单色光的能量,释放出另外一种波长发射峰的单色光,蓝藻发射的光强与水中蓝藻的含量成正比。该传感器安装简单使用方便。
● 监测海洋港湾等微藻类浓度
●  监测江,湖水水库等绿藻,蓝藻类
●  监测海水养殖场红藻类
●  绿藻类培养设备的处理工程中测定绿藻类浓度
● l 支持 RS-485, Modbus/RTU协议
●  方便、快速、稳定、易维护

因此,加强水源地蓝藻水华的控制管理体系研究,对于保障上海市城市供水安全有着十分突出的战略意义和作用。
蓝藻暴发是整个水体生态系统严重退化的表现,是水体富营养化累积到一定程度出现的不可逆转的表现。
处于较严重富营养化状态的浅水湖泊而言,浮游细菌和浮游藻类中所储存营养物质的总量远大于底泥中所持有的营养物质总量。此外,大部分此类营养物质被浮游细菌分解而直接进入湖体,仅小部分营养物质被输入到底泥中。浮游细菌的分解产物一般可直接被湖体藻类所吸收,尤其氮的分解产物主要为氨氮,水生生物对其利用效率极高。这也可能是大部分此类富营养化湖泊氨氮浓度持续上升、蓝藻暴发频率不断增大的关键原因之一。
水源地蓝藻暴发预警体系初探
蓝藻水华的暴发可能对当地渔业、供水、景观等多方面造成不利影响,不同的利益团体对蓝藻水华的关注有一定的差异,但对饮用水安全的影响*为引为关注。世界卫生组织  (WHO)在上世纪90年代在全球范围内组织开展了相关的调查和研究,对蓝藻水华的预警和风险管理提出了指导意见。
目前国际上开展蓝藻水华的预警多以世界卫生组织提出的相关资料为依据。在线常规和应急监测方案设计
为预防蓝藻水华的环境监测分为常规监测和应急监测两方面,其监测的项目和方法各有侧重。同时不仅要开展水质相关项目的监测,还应配套相应的水文气象等要素监测。为蓝藻水华暴发的预警和防控提供及时准确的依据。
在线监测方案
    监测项目:
pH、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、蓝藻、叶绿素a、透明度、悬浮物、电导率等;
  
蓝藻暴发预警信息获取
预警信息的分级评估、预案制定和执行的基础,论文借鉴WHO将评估蓝藻毒素的健康风险的信息来源和相应的管理方案分为六个类型。


蓝藻暴发预警分级体系
蓝藻暴发预警等级快速识别,是科学评估蓝藻暴发影响和采取有效减缓对策措施的关键步骤。然而,蓝藻暴发的影响因素较多,其中许多因素的分析监测相对复杂,难以快速得出准确结果
借鉴通用的台风预警等级标准,将水库蓝藻暴发的预警等级从低到高划分为白色预警、绿色预警、黄色预警、红色预警等4级。
对于蓝藻增殖的影响而言,在不同的运行状态、水文气象条件下,水体中营养盐的临界标准值难以有统一确定的标准限值,还需结合更深入的室内模拟和多年的运行资料进行分析。         
通常采用藻类的调查指标作为主要判别因子,浮游植物细胞计数指标受观测者的操作水平影响较大,采用叶绿素a的质量浓度相对操作更易统一和准确,同时也有较直观的意义。


蓝藻暴发分级应急对策
根据风险识别的结果,及时采取相应的对策措施,以减缓蓝藻水华风险的危害,是风险预警和管理的目标。风险应急对策应针对不同的风险等级、主要风险因素等提出相应的策略:
.白色预警:开展连续的水环境监测,根据编制的详细预案,对近期蓝藻水华的变化态 势进行预测,并对可能造成的危害进行预判:
.绿色预警,当蓝藻和营养盐超过临界值,应加强对取水口和进入水厂的原水进行藻毒素的,启动水库排水闸,尽量将表层水排出水库,以减少水库内浮游藻类的聚集:
.黄色预警,进行连续的水质和藻毒素的监控,进行风险评估,在库区进行拦藻,施用无毒的杀藻剂和絮凝剂,以抑制藻类的过度增殖:
.红色预警,关闭水源,停止向水厂供水,进行高频次的监测,对以后重新启用水源进行评估。
 
上海清淼光电科技开发的水质远程测控系统----蓝藻叶绿素监测预警系统,实现对水质进行及时、有效地远程监测和水华预测预警,从而为提前治理水华提供决策支持。 
系统结构 
水质监测与水华预警系统按照物理功能分类主要由三个部分组成,即:水质信息采集终端、GPRS网络及监控中心系统。 
水质信息采集终端负责采集水质信息数据并将采集到的水质信息数据送上GPRS网络,GPRS网络负责将水质信息数据通过Internet上传至监测中心,监测中心由监测中心服务器、数据库服务器和监测中心终端操作计算机构成,在相应的软件系统支持下完成对上传数据进行接收、处理及显示的功能。
功能介绍 
水质信息采集 
水质信息采集设备置有水质传感器和变送器。采集的量有PH值、浊度、溶解氧、总磷、总氮、蓝藻、叶绿素浓度等。传感器输出的模拟电平信号接入无线采集终端的数据采集单元,采用单片机进行模拟量采集。由单片机完成时间和水质信息数据打包,打包后的数据可由单片机外设接口将采集到的水质信息数据通过串口通信方式发送给后端的GPRS模块。 GPRS远程传输 
考虑到水质检测传感器的布点灵活、传输数据量不大、测量数据可根据用户设置的时间间隔进行传输等特点,选择GPRS无线网络技术用于水质信息的实时传输。GPRS无线数据传输具有设备成本低、数据传输安全可靠、使用灵活方便等特点,非常适合远程数据传输上的应用。 
 
对于水质信息实时监测系统来说,GPRS能够利用电信运营商的网络进行灵活的布点,而其流量计费的方式和较高的数据传输速度都符合水质信息的传输特点。并且利用GPRS无线网络技术还可将不同水域的水质信息汇集到监测中心进行处理,从而实现一个监测中心同时对多个水域进行水质监测与水华预测。
 水华上位监测预警系统 
在水质监测与水华预警系统中,水质信息数据通过GPRS网络由监测中心服务器接收后,数据实时存储于数据库服务器中,终端操作计算机通过实时获取数据库中的水质信息数据,进行水质评价和水华预测预警处理。 
 该系统能快速、准确的完成水质检测数据的采集和无线传输,使检测人员能够实时查看水质信息,还能够查询历史数据,进行后期的处理。提供美观友好的监控画面,方便有关领导检查和监视;对水体进行富营养化评价,预测发现异常即自动报警。