Главная Научные подразделения
22 | 08 | 2017
Лаб. биоэлектронных методов геоэкологического мониторинга
Печать
Зав. лабораторией : Холодкевич Сергей Викторович.
Тел./факс +7 (812) 230-78-75;
E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Экотоксикологический мониторинг качества природных и сточных вод в реальном времени

                                                                                                                                             Презентация (RU)/ (EN)

     Отечественный   и  зарубежный  опыт  показывает,   что  мониторинг природных  и очищенных сточных на основе автоматических станций непрерывного действия является самым надежным способом получения объективной и достаточной информации для подготовки и принятия обоснованных управленческих решений, направленных на минимизацию экологических рисков в случае природных и техногенных ЧС, в том числе террористических актов. С этой целью в Санкт-Петербургском научно-исследовательском центре экологической безопасности РАН (НИЦЭБ РАН) была разработана станция АСНЭМ-1. Первая такая станция была введена в опытную эксплуатацию в истоке реки Невы в 2002 году в рамках российско-американской программы ROLL. Базовый вариант станции позволяет осуществлять в реальном времени и передавать по мобильной связи в Ситуационный центр следующие интегральные физико-химические характеристики качества воды: мутность, цветность (показатель РОВ), температура, рН, удельная электропроводность, с возможностью расширения измеряемых показателей до 32. Таким образом, удалось практически реализовать возможность почти за сутки (за 21,5 часа) до того, как вода от истока придет к водозаборам городских водопроводных станций Санкт-Петербурга оповещать соответствующие службы о важнейших для водоподготовки интегральных характеристиках качества воды источника водоснабжения, В настоящее время на трансграничных реках Ленобласти введены в опытную эксплуатацию еще три такие станции АСНЭМ-1.
     Как известно, только биологические методы способны в интегрированном виде, с учетом синергизма действующих факторов, выявлять и прогнозировать любые негативные изменения качества воды, как среды обитания гидробионтов. При этом, аборигенные организмы, выбранные в качестве биоиндикаторов, могут выполнять функцию экологической «мишени» для интегральной оценки опасности загрязнения поверхностных вод. Однако по отношению к конкретизации вредных воздействий (ВВ) сами по себе они выполняют только роль оперативных «сигнализаторов» для последующих решений о виде (типе) ВВ с помощью аналитических возможностей физико-химического методов анализа воды. Несмотря на ряд очевидных преимуществ биологических методов раннего обнаружения токсичности воды источника водоснабжения по сравнению с физико-химическими, до настоящего времени ощущается острый дефицит количественных методов, позволяющих проводить непрерывный автоматический биомониторинг токсичности воды с возможностью непосредственного вывода информации на персональный компьютер, в режиме реального времени.
     С учетом вышеизложенного в 1999 году в лаборатории экспериментальной экологии водных систем НИЦЭБ РАН впервые был разработан инструментальный волоконно-оптический метод исследования кардиоактивности бентосных беспозвоночных (ББ), имеющих жесткий панцирь речных раков, моллюсков, который позволяет непрерывно проводить дистанционный (до сотен метров) неинвазивный контроль функционального состояния животных. Диагностика функционального состояния животных-"мишеней" проводится методом вариационной пульсометрии (ВП), который позволяет исследовать общую вариабельность, сердечного ритма. Этот метод был разработан и довольно успешно применяется в космической медицине для оценок «степени здоровья» космонавтов и динамики изменения состояния их кардиосистемы в периоды отбора, предполетной подготовки и работы на орбите. К настоящему времени этот метод прошел опытную проверку долговременной, неинвазивной регистрации активности сердца широкого спектра видов морских и пресноводных бентосных беспозвоночных: Crustacea (Decapoda) и Mollusca, не только в лабораторных, но и в полевых условиях.
     Информация о состоянии организма выводится к расположенному на поверхности воды или на берегу регистрирующему устройству с помощью тонкого оптического волокна, которое практически не мешает жизнедеятельности наблюдаемого животного
(см. рисунок). Поэтому данный физиологический метод представляет большой интерес для практической реализации непрерывного длительного биомониторинга качества поверхностных вод в реальном времени путем включения живого организма в качестве биосенсора в состав станций типа АСНЭМ-1.
     С 2002 года и по настоящее время по инициативе руководства ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" на одной из крупнейших городских станций биологической очистки сточных вод - Северной Станции Аэрации, с использованием этого метода проводятся испытания пилотной системы раннего биологического оповещения о динамике изменения качества биологически очищенной сточной воды, сбрасываемой в Невскую губу.
     С декабря 2005 г. основанная на этом методе автоматическая система бимониторинга используется на сооружениях первого подъема водопроводных станций (ВС) Санкт-Петербурга в целях обеспечения экологической безопасности питьевого водоснабжения населения в качестве системы раннего (в реальном времени) биологического оповещения о недопустимом уровне токсичности воды, поступающей на водозаборы ВС, на случай предотвращения чрезвычайных ситуаций, связанных с внезапным случайным или намеренным (терроризм) загрязнением источника водоснабжения.

 
Основные функциональные и технические характеристики автоматической станции АСНЭМ-1
 
     Автоматическая станция непрерывного экологического мониторинга "АСНЭМ-1", разработана сотрудниками лаоратории экспериментальной экологии водных систем Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской Академии наук (НИЦЭБ РАН) в 1999-2001 гг. В 2002 г. пилотный образец этой станции был изготовлен фирмой МИЦ "Майтэкс-инжиниринг" и в рамках российско-американской программы ROLL совместно со специалистами ЛЦГМС и НИЦЭБ РАН введен в опытную эксплуатацию в помещении гидрологического поста СЗУГМС, расположенного в истоке реки Невы, в пос. им. Морозова Всеволожского района Ленинградской области. 
    Станция "АСНЭМ-1" представляет собой аппаратно-программный комплекс сбора и обработки данных непрерывного экологического мониторинга характеристик поверхностных вод в реальном времени одновременно по нескольким (до 32) контролируемым параметрам.
     В базовом комплекте станции "АСНЭМ-1" используются только 8 измерительных каналов, которые обеспечивают непрерывное измерение:
интегральных характеристик воды природного источника, прокачиваемой через измерительные датчики станции: цветность, мутность (содержание взвешенных веществ), рН, удельная электропроводность, температура;
вспомогательных эксплуатационных характеристик – температура воздуха в помещении станции, контроль поступления воды и контроль напряжения питания.
     Данные, получаемые при работе этой станции, представляют несомненный интерес с точки зрения практической реализации фонового мониторинга интегральных характеристик качества воды источника водоснабжения, а также выявления случаев его аварийного загрязнения.
Станция включает в себя два функциональных модуля: собственно многоканальную информационно-измерительную систему (МИИС), которая располагается относительно недалеко от наблюдаемого водного объекта (на удалении до нескольких сотен метров), и систему передачи данных потребителю, который может находиться на значительном удалении от МИИС.
     Конструктивно МИИС представляет собой аппаратную стойку, с размещенными  внутри нее измерительными проточными датчиками непрерывного контроля характеристик воды. При необходимости отбора воды непосредственно с места, расположенного на фарватере реки или в озере, используется вибрационный насос, с помощью которого вода по входному шлагу принудительно подается в распределительную емкость в верхней части стойки и далее, пройдя по измерительным ячейкам МИИС, самотеком сливается через выходной шланг в водоприемник. Скорость подачи воды насосом составляет 0.5-1.0 л/мин. Качество воды после прохождения через измерительные датчики станции практически не изменяется, т.к. весь тракт выполнен из инертных материалов: кварцевое стекло, шланги из силиконовой резины и ПХВ для использования в системах питьевого водоснабжения.
     Станция "АСНЭМ-1" предусматривает различные варианты построения системы передачи данных от МИИС потребителю, в зависимости от конкретных выдвигаемых условий и возможностей потребителя информации, в частности – передачи информации в Ситуационный центр Заказчика по каналу мобильной связи путем использования сотового модема, откуда информация может рассылаться по электронной почте в другие организации и ведомства.
     При обнаружении устойчивых (по заданному выбору: от 2 до 5 минут) отклонений показателей качества воды выше программно установленных предварительно уровней с интервалом 0.5 часа происходит автоматический отбор последовательно трех проб воды объемом 0.5 л для последующего подробного лабораторного анализа арбитражными методами, а также передается в Ситуационный центр «сигнал тревоги» о необходимости принятия адекватных управленческих мер по обеспечению безопасности водоснабжения населения, а также доставки проб в лабораторию для срочного анализа.
     Питание станции осуществляется от электрической сети переменного тока 220 В. Потребляемая мощность непосредственно МИИС – 150 Вт. При необходимости использования насоса потребляемая мощность увеличивается на 250-300 Вт. В холодное время года расход может увеличиваться на 100-150 Вт за счет включения системы термообогрева МИИС.