太湖、千島湖、丹江口水庫(kù)等均是我國(guó)超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，包括上述超大型水源地均建設(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)?，一個(gè)完整的藻類監(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藻類的狀態(tài)、藻類的成長(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

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

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。

表3 選型和配置

更多關(guān)于水質(zhì)參數(shù)和藻類，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)任何類型的藻類的生長(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)藻類生長(zhǎng)有響應(yīng)，通常隨藻類的生長(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，最終在嚴(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形成也對(duì)特定的溫度范圍有偏好。雖然它影響藻類的生長(zhǎng)，但是溫度不受藻類的影響，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爆發(fā)所中意的最佳溫度

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硝酸鹽氮傳感器準(zhǔn)確測(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藻類監(jiān)測(cè)及其手段