为确保城市饮水安全，河北省石家庄市在滹沱河、冶河和黄壁庄水库取水口建设3座基于生物综合毒性的智能化超级水质预警监测站，将生物和理化监测毒性预警相结合，实现了水体污染监测的智能化与实时监控。
水质有毒性鱼儿来预警 智能集成系统成“专家”
采用常规的化学监测，难以对多种化学污染物进行实时监测，预警迟滞，一旦发生水环境污染事故，再到采取有效的处理措施需要耗费大量时间。
我国的水源地监测技术一般包含常规5参数指标、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金属，少部分配有发光菌、鱼设备等，在生物预警监测系统的建设方面还很欠缺。
青鳉鱼，也就是俗称的稻田鱼。这种鱼对待不同量的化学毒性会有不同行为响应，其逃避运动的电信号会产生变化。
近年来，我国水污染事故频发，严重影响到饮用水源安全，威胁公众健康。从2005年11月发生吉林松花江水污染事件到2012年1月广西龙江镉污染事件，从2012年2月江苏镇江韩国货轮苯酚泄漏导致镇江市区自来水“异味”事件，再到2013年山西长治苯胺泄漏事故威胁下游河北、河南省市饮用水安全……
这些水污染事件的发生原因和特点也越发复杂。暴发原因包括污染源事故性排放、工业化学品运输泄漏、人为投放有毒物质和有毒水华以及藻毒素滋生泛滥等，而污染物种类也更加难以确定。由此导致从污染事件发生到相关部门采取应急措施要花费几天甚至十几天的时间。人们不禁要问如何才能在污染事故发生的“第一时间”就知悉并采取有效措施?
为确保城市饮水安全，河北省石家庄市环保局和市环境监测中心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取水口建设3座基于生物综合毒性的智能化超级水质预警监测站，采用中国科学院生态环境研究中心和无锡中科水质环境技术有限公司联合研发的水环境生物毒性预警监测和智能化综合集成技术，将生物和理化监测毒性预警相结合，达到智能化连续、实时监测预警的目的。
让鱼来做水源地的“看门狗”
传统监测难以达到实时监测预警目的，采用生物预警能有效进行连续实时监测
媒体了解到，目前我国对水源地的监测预警主要采用化学监测方法，对水质的考核指标多为对某几类污染物的限值要求，但是，即使考核的污染指标都达到要求，对水质的实际安全性依然存疑。
同时，采用常规的化学监测，难以对多种化学污染物进行实时监测，预警迟滞，从发生水环境污染事故，到采取有效的处理措施需要耗费大量时间。
有没有能够及时快速对水体毒性进行预警的方法?中国科学院生态环境研究中心研究员王子健表示，对生物综合毒性进行评价，能够有效地预警由于有毒物质引起的水体的安全性问题，“最简单的方法就是让水生生物监测水质毒性。”
王子健认为，鱼类等水生生物在其进化过程中对毒性反应敏感，让他们做水质毒性的“看门狗”再合适不过。据他介绍，其实国外早就在应用生物进行水源预警。“比如德国莱茵河就利用大型溞等生物进行预警监测。但是，由于用大型溞监测对维护条件要求严格，需要每7天更换一次溞，在我国并不太适合。”
“因此，结合863的研究项目，在石家庄水源地预警监测中，我们采用了青鳉鱼，也就是俗称的稻田鱼。这种鱼对待不同量的化学毒性会有不同行为响应，其逃避运动的电信号会产生变化。我们通过电信号的改变，经过计算机对数据进行系统分析，进而判断污染性质及其程度。”王子健说。
媒体在滹沱河智能化超级水质预警监测站运行的智能综合预警监测系统(i-BEWs)中看到了这种小鱼，24条青鳉鱼体长在3~5厘米左右，分别置于8个透明玻璃体中，上面置有监测鱼行为运动信息的显示屏。
整个生物监测设备被置于智能化集成系统平台中，并在这个系统上连接不同理化监测设备，可以同时对常规5项参数(pH、温度、浊度、溶解氧、电导率)、高锰酸盐、有机化学污染物和多种重金属进行同步检测。滹沱河水被不断抽取到集成系统中，首先流过小鱼所在的设备中，再进入其他设备。
中国科学院生态环境研究中心助理研究员饶凯锋向媒体介绍说：“看似像器皿的玻璃体实为8个生物行为传感器，以保证生物监测毒性的重复性和准确性。而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，以保证它们对毒性物质敏感。如果有毒物质进入水体，就会触发它们响应，通过电信号反馈到控制系统，通过模式识别等算法模型来预警水体综合毒性。”
他说，它们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。但是为了保持生物对毒物的敏感性，每月要换一次鱼。
智能集成系统成“专家”
系统智能检测污染物，并可提供相应解决方案
据了解，我国的水质预警监测存在监测指标欠缺、难以及时有效提供解决方案等不足。“我国的水源地监测技术一般包含常规5参数指标、氮、磷、COD，部分配有TVOC、重金属，少部分配有发光菌、鱼设备等，在生物预警监测系统的建设方面还很欠缺。”
王子健表示，“欧盟在2005年至今的水环境监测预警技术开发布局中支持各类型新型生物监测预警技术设备，其中包括多级生物毒性预警仪器、新型生物在线传感技术设备、快速筛查诊断技术等。而石家庄采用的水环境生物毒性预警监测和智能化综合集成技术监测技术已经能够实现对多种有机污染物和重金属的监测预警。”
同时，将对毒性应急处置的解决方案集成进整个系统也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。而随着我国相关研究不断发展，已经可以把针对不同毒性物质的预警及其解决方案集成到一套监测预警系统中。”王子健说。
他进一步解释说，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，通过智能化解析真正实现由监测预警系统来“开药方”，便于决策者进行决策，大大节省了应急处置时间。
此外，生物预警监测技术还能将数据通过APP实时传送到手机等移动终端，便于监测者实时了解水质污染及其产生原因。
流域监测预警方式尚需优化
生物监测设备进入市场需要对设备进行质量认证，同时目前分散的设备不利于流域综合管理和调度
在进行生物预警监测过程中如何布点并进行评价也是业内关注的重点。河北省环境监测中心站站长谢剑锋表示，地表水监测的点位优化问题值得重视。“比如在某段水体上有几个连续的采样点儿，地方政府希望在水质良好的水体上多布点。这就需要科学合理布点。”
同时，谢剑锋表示，过去建设监测站缺乏统一规划和目的性，以河北省为例，省环境监测中心站下设36个监测站，但是其中有些设备已经招标还没建好。“滹沱河监测站建设在入库口上游，为监测预警预留了充足的时间，可以说是监测预警的标杆站。”
此外，行业专家也建议石家庄采用的水环境生物毒性预警监测和智能化综合集成技术应进一步完善。环境保护部监测处副处长汪志国表示，生物毒性预警监测需要标准化，这样在仪器认证时可以依据标准进行认定。
对此，王子健表示，住建部正在进行公示的水源地生物监测预警规程，相关工作将在以后的市场应用和产业化过程中加以完善。
中国工程院院士刘文清也表示，监测仪器生产前需要到技术监督局申请仪器设备生产许可证。而设备能够应用到环保、气象或者其他领域，则需要市场对设备有需求，并且相关部门可以检测。目前国外有生物监测设备的标准体系，在我国尚属空白。
“其实利用鱼的行为响应也是传感器原理，而其生物学和行为的描述也需要通过指标化来认定。预期生物预警监测技术经过标准完善，或者有可采的国外等效标准后就可以在国内应用推广，推动生物毒性监测技术的市场发展。而石家庄的监测站有望成为水质预警监测发展趋势的样板来引领行业发展。”刘文清说。
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监测水源地费用如何降?
平时进行常规监测报警时触发整套系统
在我国的水源地监测中，监测费用问题不容小觑。对此，中国科学院生态环境研究中心研究员王子健表示，节能是生物毒性预警监测技术的关注点之一。“我们的方法是让水质安全时没有必要运行的设备都处于待机状态，等生物毒性触发预警时再全部开启，这样不仅可以节约电费、还能减少使用大量化学试剂。每年的运维费用主要就是常规5项指标和生物质预警设施使用的电费、清鳉鱼更换的费用和人工成本。”他说。
有业内人士表示，“水十条”明确要求，完善水环境监测网络，统一规划设置监测断面(点位)。提升饮用水水源水质全指标监测、水生生物监测、地下水环境监测、化学物质监测及环境风险防控技术支撑能力。在“水十条”的带动下，预警监测技术和产业有望获得较大发展。能够达到良好监测效果的同时做好成本控制的产品和技术将受到青睐。
中国工程院院士刘文清表示，现在我国的水质监测站很多都采用国外设备，而自主研发和国内生产能降低水质监测设备的价格，对于国内产业是件好事。
