浙江省饮用水源地生物预警监测系统建设初探
浙江省饮用水源地生物预警监测系统建设初探
姜焕[1] 马勇[2]
[1]衢州市环境监测中心站，浙江衢州324000 [2]浙江省环境监测中心，浙江杭州310012
摘要利用在线生物监测技术建立水环境安全预警监测系统是目前国内外环境科学领域的研究热点之一。本文在充分分析在线生物监测技术特点及其优势的基础上，对浙江省饮用水源地生物预警监测系统的建设作了初步的探索。
关键词饮用水源地在线生物监测预警监测系统
Research on the biological early warning system of Zhejiang provincial drink water sources Ma Yong (Zhejiang Environmental Monitoring Center, Hangzhou Zhejiang 310012)
Abstract: Currently one of the hotspots in the environmental science field is to established a series of water environmental safety early warning system according to on-line biological monitoring technology. The author analyzed and discussed the characters and merits of on-line biological monitoring technology in details. The establishment of biological early warning monitoring system in Zhejiang provincial drink water sources was dicussed.
Keywords: drink water source on-line biological monitoring early warning monitoring system
1 引言
随着工农业生产的快速发展，越来越多的污染物排放、转换、环境迁移进入水体，使得水污染加剧，水质下降，已直接影响到集中式饮用水源地的安全，特别是一些化工原、辅材料运输泄漏以及人为投毒等突发性水污染事故的发生，对人民群众的健康和生态安全构成了严重威胁。
近年来，为提高水环境安全监控水平，浙江省加强了水质自动监测网络系统的建设，在全省主要水系县以上水质交界断面和重要河段建成了82个地表水水质自动监测站，并对重点工业企业建立了污染源在线监控系统，为环境管理提供了重要的技术支持。但这些自动监测系统也存在一定的局限性，主要表现在：监测指标以pH、溶解氧、浊度等理化指标为主，指标数量有限，难以覆盖种类繁多的突发污染物质，易造成突发性水污染事故的漏报和迟报；监测结果不能直接反映水体中化学物质的毒性大小，尤其是未知化学物质及其对生物的毒性，无法对饮用水是否安全迅速做出判断和预警，不能满足饮用水源地供水安全保障的需要。
2 水质在线生物监测技术
随着生物技术在环境科学领域中的应用与发展，在线生物监测逐渐进入了人们的视野，并得到了越来越广泛的应用[1]。水质在线生物监测是利用水生生物个体行为的改变来判断水质是否发生变化而进行实时监测的技术，主要通过对被污染水体中水生生物运动方式、生活习性等行为变化的监测，实现水质在线监测的目的[2]。它具有广谱特性，可反映水质是否污染及被污染的程度；能在有害物质未到达受纳系统之前，以最快的速度把它检测出来，以免酿成更大的公害。与水质理化在线监测系统相比，在线生物监测系统具有以下特点和优势：
2.1 环境质量和其它环境条件改变的强度是随时间而变化的，理化监测只能代表取样期间
的污染情况，而生活于一定区域内的生物，却可以将长期的污染状况反映出来。因此，长期连续的在线生物监测比理化监测的定期取样观测更能反映环境质量变化的全貌，反映长期的污染效果，具有时效性和综合性[2]。
2.2 某些监测生物对一些污染物非常敏感（如水蚤对杀虫剂的高度敏感性），它们能够对理化监测精密仪器检测不到的微量污染产生反应，并表现出相应的受害症状。另外，通过食物链可以把水体中存在的微量毒性物质予以富集，当到达该食物链末梢时，可将污染物浓度提高达数万倍。
2.3 一种生物可以对多种污染物产生反应而表现出不同的症状，因此生物监测更具多功能性。理化监测只能检测特定条件下水环境中污染的类别和含量，而生物监测可以反映出多种污染物在自然条件下对生物的综合影响，从而可以更加客观、全面地评价水环境。
2.4 同理化分析相比，生物监测不需要特殊分析试剂，成本低廉，而且将电子技术和计算机技术应用于生物监测，可以形成数字化、智能化的信息发生系统，从而更易实现水质的连续、实时在线监控，可以在饮用水源地生物安全预警监测系统中发挥更加重要的作用。
3 饮用水源地生物预警监测系统建设
3.1 监测指标的选择
3.1.1 指标选择的思路
欧美国家先进的预警理念认为，完整的预警监测系统应由三类参数构成，即生物监测指标、特征污染因子和常规理化指标。生物监测指标用以扩展每个监测系统的检测面，防范其它污染物造成的恶性污染事件的漏检，它是整个预警监测的基础；特征污染因子是指根据监测点的历史水质数据，分析出几种在该点最常见的污染物，并针对性地进行在线监测，这组参数也是预警监测的重要指标之一；常规理化指标则主要反映水质的基本状况，它作为整个预警监测系统的补偿和印证。因此，在充分考虑我省自动监测系统现状的基础上，初步提出以常规理化监测和在线生物监测为主，并辅以特征污染因子监测，作为我省饮用水源地生物预警监测指标选择的整体思路。
3.1.2 常规理化指标和特征污染因子的选择
常规理化监测的指标主要为“常规五参数”（水温、pH、溶解氧、电导率、浊度）、氨氮、高锰酸盐指数或总有机碳。“五参数”主要反映饮用水源水质的内源性变化，pH值可以灵敏地反应突发的酸碱污染；氨氮是反映水体受生活污水污染程度的关键指标，能反应突发的氨(铵)态氮污染，同时，原水中高浓度的氨氮在水处理过程中发生不完全硝化反应而产生亚硝酸盐氮，大量消耗氧化性消毒剂；高锰酸盐指数或总有机碳是反映水中有机物的总体水平，可作为监测水体富营养化状况的指标。
特征污染因子是根据监测点位的历史污染事故和历史水质数据决定的，它是该监测点位的主要问题来源（如藻类、重金属、氰化物、氟化物、特殊有机物等），因此对特征污染因子的监测可以预警大多数的水质污染事故（无明显特征污染因子的监测点位除外）。
3.1.3 在线生物监测的适应性选择
在线生物监测是饮用水源地安全预警的关键。目前，用于在线生物监测的仪器已从实验室测试阶段发展到现场试验阶段，在水质监测中日趋成熟。通过录像追踪和图像分析，可得到生物运动行为及方式，也可通过测试管内电场、磁场等变化通过持续自动监测分析，获得生物运动行为及方式变化。多种不同营养级的生物都可用作在线生物监测的指示生物。选择在线生物监测所用物种应基本满足以下条件：(1)分布广泛，且易在实验室培养、繁殖，可长期获得基因稳定的均质种群；(2)可对多种污染物产生反应，反应灵敏、直观、快速、稳定，以保证在较短的时间内指示污染的发生；(3)已被广泛研究，有关毒理研究的基础资料丰富；(4)尽量选择本地物种，以减少监测的"假阳性率"。
由于不同的在线生物监测仪器，选用不同的指示生物，针对的监测目标也不尽相同，其适用水域、地域范围也有所差异。因此，应根据省内不同饮用水水源地特征，选择不同的在线生物监测仪器，做到各取所能、物尽其用。对于水质状况整体较差的水源，应选用适应环境能力较强的指示生物（如发光细菌、本地大鱼种等）；对于水质优良且要求较高的水源地（如淳安千岛湖），则应该选择对环境变化较为敏感的指示生物（如水蚤等）。
3.2 监测点位的选择
一般情况下，各监测子站的监测点位均应选在水体进入水厂较前的位置，其与水厂取水口的距离（S）可以根据在线生物监测仪器的监测周期（T）和水体的常年水流速度（V）来确定，即距离（S）>>监测周期（T）×水流速度（V）。从而保证在水质发生突然变化的情况下，水厂或相关水质监管部门能有足够的时间采取停止取水等相应措施，确保居民饮水安全。同时，点位的布设还应根据断面性质，一方面保证监测的水质数据能代表水源地的真实情况；另一方面，要充分考虑监测子站的建设施工条件和采水条件等因素。
3.3 系统的结构组成
浙江省饮用水源地生物预警监测系统由一个数据处理中心和若干个监测子站组成，总体结构见图1。监测子站设有针对水源水中各项污染因子的水质监测系统（包括在线生物监测系统和理化监测系统）、水文监测系统（测定流向、流速、水位等）、自动采水取水系统和现场控制系统，其工作方式为无人值守，昼夜连续（或间歇）自动运行[2]。数据处理中心是整个预警监测系统的核心，执行对各子站状态信息及监测数据的收集，并根据需要完成各种数据的处理及输出报表和图件。
图1 浙江省饮用水源地生物预警监测系统总体结构
3.4 软件配置
监测子站的现场控制软件应具备实时数据图表显示、历史数据查询、报警等功能。实时数据窗口显示各监测指标的即时检测结果，同时给出最近24小时内各水质监测结果的变化趋势曲线。历史数据以表格和图件的形式查阅不同时间窗口（以分、小时、日、月、季度和年等）的具体历史数据和变化趋势图。同时，系统应具备报警功能，通过设定报警警戒值，软件自动以声音和颜色指示等进行水质报警。数据处理中心系统软件除具备数据收取、判别、报警等基本功能外，还应具备远程状态查看、控制功能，具备图表输出、数据库管理等应用功能。
所有软件应采用标准的语言编程，并具有良好的可扩充性和维护性。若主机连接互联网，应安装防火墙。监测子站与数据处理中心之间的数据传输可采用有线/无线方式，数据传输协议和数据格式参照《浙江省环境监测数据传输规约》。
4 结语
近年来，我国连续发生了一系列严重危及居民饮用水安全的污染事故，如松花江水污染事故、珠江上游水污染事故、湘江水污染事故、岳阳饮用水源污染事故以及“汶川大地震”所带来的重大饮用水安全隐患等。因此，加强生物监测，开展饮用水源地生物预警监测系统建设已显得尤为重要。浙江省通过推行地表水和污染源的自动监测网络建设，已初步建立了地表水环境质量和重点工业污染源的监督监控机制。但其对于危及环境安全和人体健康的各类有毒有害污染物质还未完全做到及时发现和预警，从而影响到整个应急机制的运作。饮用水源地生物安全预警监测系统则可弥补这一不足，成为全省水质自动监测网络的有益补充。
参考文献
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[2] 高世荣, 孙凤英, 潘力军, 等. 水质污染应急生物预警监测[J]. 中国环境卫生, 2006, (3): 19-22
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[4] 刘丽君, 黄晓东, 尤作亮, 等. 水源水质在线预警监测系统的建设与应用[J]. 城镇供水, 2006,(4): 2-4
通讯作者简介：姜焕，男，1982年生，浙江江山人，大学本科学历，工程师，衢州市环境监测中心站副站长，主要从事环境监测与管理工作
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