太湖、千島湖,、丹江口水庫(kù)等均是我國(guó)大型的飲用水水源地,。在2007年經(jīng)歷過(guò)太湖藍(lán)藻爆發(fā)引起的供水恐慌之后，政府及公共均意識(shí)到采取有效管理措施,、減少水體藻華污染的迫切性,，也認(rèn)識(shí)到監(jiān)測(cè)預(yù)警的重要性。因此,，在水專項(xiàng)和其他項(xiàng)目的支持下,，包括上述大型水源地均建設(shè)和運(yùn)行著以有害藻華監(jiān)測(cè)為主，包括其他水質(zhì)多個(gè)指標(biāo)的多臺(tái)多點(diǎn)位水質(zhì)浮標(biāo),、多層面水質(zhì)剖面浮標(biāo),。
這是因?yàn)椋粋€(gè)完整的藻類(lèi)監(jiān)測(cè)包含了多個(gè)因子,，這些因子里面部分是水質(zhì)本身的參數(shù),，包括氮磷輸入和底部沉積物中死亡藻類(lèi)和底泥的釋放，同時(shí)還包括了其他相關(guān)因子,，如光合有效輻射（PAR）,、風(fēng)速、風(fēng)向及CO2等非水體參數(shù),。
而在水質(zhì)參數(shù)里,，首先是需要測(cè)量和監(jiān)測(cè)水質(zhì)五參數(shù)，這是因?yàn)樗鼈兣c藻類(lèi)的狀態(tài),、藻類(lèi)的成長(zhǎng)和消亡密切相關(guān),，如圖簡(jiǎn)要描述了五參數(shù)與藻類(lèi)的關(guān)系。
下面的實(shí)例來(lái)自我國(guó)某供水公司的一個(gè)實(shí)際和具體的項(xiàng)目,。該客戶也面臨著嗅味的困擾,。為了了解和掌握原水中的藍(lán)綠藻水平，從而為自來(lái)水的生產(chǎn)贏得時(shí)間,，管理者們要求在原水（湘江江水）階段采取技術(shù)手段,。
客戶需求
監(jiān)測(cè)點(diǎn)位 | 水源進(jìn)水池和輸水管（進(jìn)入水廠）末端設(shè)置，共兩處 |
監(jiān)測(cè)形式 | 針對(duì)以藍(lán)綠藻監(jiān)測(cè)為主的原位自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè) |
監(jiān)測(cè)頻次 | 可設(shè)（1次/秒～1次/天） |
投放方式 | PVC豎管保護(hù)安裝于水池 |
數(shù)據(jù)顯示和傳輸 | 現(xiàn)場(chǎng)顯示（立桿安裝或者壁掛）和無(wú)線4G傳輸 |
供 電 | 現(xiàn)場(chǎng)需提供12V直流電 |
表1 基本要求
方案選擇
為了滿足這種監(jiān)測(cè)需要,，賽萊默的工程師向客戶介紹了可能的方案,，包括便攜式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的方式，以便其供水公司的客戶選擇適合的技術(shù)路線和實(shí)施方法，請(qǐng)見(jiàn)表2
主機(jī)+傳感器 | 方案 | 同類(lèi)型程序凍融系統(tǒng) |
EXO+TAL-PC | 連續(xù)監(jiān)測(cè) | 可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)水質(zhì)參數(shù),，可自清潔,，適合原位、,、在線,、連續(xù)監(jiān)測(cè) |
ProDSS+TAL-PC | 便攜測(cè)量 | 可同時(shí)測(cè)量多個(gè)水質(zhì)參數(shù)，含藍(lán)綠藻,，便攜式巡測(cè)使用 |
ProSwap log ger+TAL-PC | 便攜測(cè)量或連續(xù)監(jiān)測(cè) | 單參數(shù)（比如總藻 - 藍(lán)綠藻和葉綠素）連續(xù)監(jiān)測(cè)或者便攜式巡測(cè) |
表2 可供選擇的測(cè)量和監(jiān)測(cè)方案
備注：
上述TAL-PC均指總藻傳感器,，包含葉綠素和藍(lán)綠藻（藻藍(lán)蛋白）二合一傳感器；
上述三處提及的TAL-PC傳感器,，設(shè)計(jì)原理和材質(zhì)相同,，區(qū)別在于EXO上的總藻傳感器TAL-PC與后兩者的TAL-PC接口不同（詳見(jiàn)下面1照片）
解決方案
經(jīng)過(guò)對(duì)方案的評(píng)審、選擇,，針對(duì)該項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)方案業(yè)已得到真正的實(shí)踐,。下圖是該項(xiàng)目選擇的儀器（YSI EXO）、系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)況,。
599503-00 | EXO3 主機(jī),，五傳感器接口 |
599102-01 | EXO 總藻傳感器 |
599090-01 | EXO 清潔刷 |
599008-10 | EXO 10 米野外電纜 |
599870 | 溫度電導(dǎo)率傳感器 |
599820 | 信號(hào)轉(zhuǎn)換器DCP |
RIC-DL800 | 儀器集成、顯示和數(shù)據(jù)傳輸 |
CabinCase01 | 室外機(jī)柜和安裝組件 |
表3 選型和配置
更多關(guān)于水質(zhì)參數(shù)和藻類(lèi),，包含藍(lán)綠藻關(guān)系的更為詳細(xì)的描述,，按水質(zhì)參數(shù)對(duì)有害藻華監(jiān)測(cè)的重要性排列和說(shuō)明如下[2][4]：
藻類(lèi)色素
在HAB監(jiān)測(cè)中，葉綠素,、藻藍(lán)蛋白和藻紅蛋白是非常有用的,。幾十年來(lái)，葉綠素一直被用來(lái)監(jiān)測(cè)任何類(lèi)型的藻類(lèi)的生長(zhǎng),。藻青蛋白是淡水系統(tǒng)中藍(lán)綠藻的一種更特異的指示物,，而藻紅蛋白是海洋系統(tǒng)中藍(lán)綠藻的一種有用的指示物
注：HAB-有害藻華
硝酸鹽
YSI的HAB監(jiān)測(cè)愛(ài)好者和其他人一樣，熱切期待EXO NitraLED傳感器的推出,，因?yàn)閷?duì)于HAB的促進(jìn)與營(yíng)養(yǎng)鹽污染高度相關(guān),。硝酸鹽是兩種關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)鹽之其一，另一種是磷酸鹽,，它對(duì)于健康水體中的藻類(lèi)生長(zhǎng)通常是有限的,。在監(jiān)測(cè)中加入NitraLED對(duì)于掌握淡水系統(tǒng)的富營(yíng)養(yǎng)化是非常重要的。在海水系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)熒光溶解有機(jī)物(fDOM)會(huì)有幫助
注：
NitraLED- YSI推出的光學(xué)硝酸鹽原位監(jiān)測(cè)傳感器,，該傳感器適配于YSI EXO任意型號(hào)的主機(jī)平臺(tái)上,。
fDOM - 熒光性有機(jī)物,下同
溶解氧
氧氣是光合作用的產(chǎn)物，在光合作用和呼吸作用的晝夜循環(huán)的平衡中,，藻類(lèi)分別會(huì)產(chǎn)生氧氣和消耗氧氣。與此同時(shí)，其他生物也在晝夜不停地消耗氧氣,。在HAB生長(zhǎng)的早期和高峰階段,，由于白天的高光合活性，DO顯著增加,。隨著藻華消退和死亡,，藻類(lèi)成為細(xì)菌和其他消耗氧氣的生物的食物，溶解氧水平會(huì)急劇下降
pH
與DO一樣,，pH值對(duì)藻類(lèi)生長(zhǎng)有響應(yīng),，通常隨藻類(lèi)的生長(zhǎng)而增加。和DO一樣,，這部分是由于光合作用(在這種情況下消耗溶解的二氧化碳)和呼吸作用(產(chǎn)生二氧化碳)之間的平衡,。二氧化碳溶解在水中的主要形式之一是碳酸(H2CO3)，顧名思義,，它的pH值很低,。它與其他碳形式保持平衡，特別是碳酸氫鹽(HCO3-)和碳酸鹽(CO3-),。隨著藻類(lèi)消耗二氧化碳,，越來(lái)越少的二氧化碳以碳酸的形式溶解在水中，pH值將會(huì)增加,，終在嚴(yán)重時(shí)的HAB中可達(dá)到9或10
溫度
氣候變化導(dǎo)致季節(jié)變化或者存在熱污染,，會(huì)使水體變暖，這將有利于大多數(shù)藍(lán)綠藻在淡水系統(tǒng)中的增殖從而形成有害藻華,。在海水系統(tǒng)中,，許多紅潮和褐潮的藻類(lèi)形成也對(duì)特定的溫度范圍有偏好。雖然它影響藻類(lèi)的生長(zhǎng),，但是溫度不受藻類(lèi)的影響,，這與上面討論的色素、DO和pH參數(shù)不同,。因此,，作為HAB監(jiān)測(cè)的一部分，監(jiān)測(cè)溫度的主要目的是為了更好地了解什么溫度是的藻類(lèi)爆發(fā)所中意的溫度
光合有效輻射PAR
PAR是指與表面光相比,，通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入到水體中可被藻類(lèi)吸收所利用的陽(yáng)光量,。了解PAR及它是如何隨時(shí)間、季節(jié)或處理措施的變化而變化將有助于管理HAB,，尤其是與上述參數(shù)結(jié)合在一起
濁度
濁度會(huì)干擾光的穿透,，從而會(huì)干擾藻類(lèi)的監(jiān)測(cè)。濁度也可以檢測(cè)徑流中帶來(lái)的泥沙羽流,，有時(shí)它也指標(biāo)著營(yíng)養(yǎng)鹽的進(jìn)入,，同時(shí)濁度測(cè)量也是NitraLED硝酸鹽氮傳感器測(cè)量的需要
fDOM
熒光溶解有機(jī)物(fDOM)是水中有機(jī)物的一小部分,。在某些環(huán)境中，導(dǎo)致水中有機(jī)物含量高的條件也可以促進(jìn)藻類(lèi)的生長(zhǎng)
總結(jié)起來(lái),，完整的有害藻華監(jiān)測(cè)可以考慮選擇的水質(zhì)參數(shù)應(yīng)包括：
有關(guān)有害藻華的測(cè)量和監(jiān)測(cè)及完整的解決方案請(qǐng)聯(lián)系我們獲取,，期待更多的客戶合作，解決更多的水資源問(wèn)題,。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊敏,，于建偉等 ，2021,， 飲用水嗅味問(wèn)題 來(lái)源與控制 Taste and Odor in Drinking Water-Causing Factors and Control Approaches. 北京,，科學(xué)出版社
[2] Dr. Stephanie A. Smith | Jun 16, 2021.HAB Monitoring and Phycocyanin | Dispelling Three Myths www.ysi.com/blog
[3] YSI, a xylem brand, YSI EXO Operation Manual Version K, www.ysi.com
[4] 陳占倉(cāng)，2021,，HABs藻類(lèi)監(jiān)測(cè)及其手段
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