RU2570375C2 - Method to monitor water quality and device for its realisation - Google Patents
Method to monitor water quality and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570375C2 RU2570375C2 RU2014100068/15A RU2014100068A RU2570375C2 RU 2570375 C2 RU2570375 C2 RU 2570375C2 RU 2014100068/15 A RU2014100068/15 A RU 2014100068/15A RU 2014100068 A RU2014100068 A RU 2014100068A RU 2570375 C2 RU2570375 C2 RU 2570375C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- test
- test objects
- aquarium
- physiological reactions
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Farming Of Fish And Shellfish (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к методам и средствам биомониторинга водной среды.The invention relates to the field of environmental protection, in particular to methods and means of biomonitoring the aquatic environment.
Причины растущего интереса к использованию методов биодиагностики в системах жизнеобеспечения понятны и неоднократно назывались в публикациях, посвященных биомониторингу (см., например, Clausen Juergen, Roel van Wijk & Henning Albrecht Weakly electric fish for biomonitoring water quality // Environmental Technology, 2012, 33:10, 1089-1099). Очевидны экологические угрозы, связанные с производством во все большем масштабе различных веществ, ранее не существовавших в природе, включая лекарственные средства, средства бытовой химии, средства для уничтожения насекомых и т.п. Также если речь идет о питьевой воде, которая перед подачей в системы водоснабжения очень тщательно обрабатывается, надежды на то, что все эти новые вещества, например наноматериалы или супертоксиканты, будут удалены в процессе водоподготовки, к сожалению, пока не слишком обоснованы. Как известно, уничтожение искусственно синтезированных отравляющих веществ представляет собой трудную задачу, предполагающую разработку специальных технологий и создание специального промышленного оборудования. Еще острее стоит проблема загрязнения природной воды.The reasons for the growing interest in the use of biodiagnostics in life support systems are understandable and have been repeatedly mentioned in publications on biomonitoring (see, for example, Clausen Juergen, Roel van Wijk & Henning Albrecht Weakly electric fish for biomonitoring water quality // Environmental Technology, 2012, 33: 10, 1089-1099). The environmental threats associated with the production on an increasingly large scale of various substances that did not previously exist in nature, including medicines, household chemicals, insect killers, etc., are obvious. Also, if we are talking about drinking water, which is very carefully processed before being supplied to the water supply systems, hopes that all these new substances, such as nanomaterials or supertoxicants, will be removed during the water treatment process, unfortunately, are not yet very justified. As you know, the destruction of artificially synthesized toxic substances is a difficult task, involving the development of special technologies and the creation of special industrial equipment. The problem of pollution of natural water is even more acute.
Известна и широко распространена оценка качества воды по изменению видового состава видов-индикаторов (RU 2357243, 27.05.2009). Однако она малопригодна для оперативного принятия решений, поскольку заметные изменения наблюдаются уже тогда, когда превышены возможности естественной адаптации экологической системы и начались необратимые изменения.A known and widespread assessment of water quality by changing the species composition of indicator species (RU 2357243, 05.27.2009). However, it is unsuitable for operational decision-making, since noticeable changes are observed even when the possibilities of natural adaptation of the ecological system are exceeded and irreversible changes begin.
На практике нужны более быстрые методы, позволяющие выявлять ранние изменения в жизнедеятельности водных организмов. Такая задача стоит, например, при подготовке природной воды для водоснабжения населения или при сбросе воды после промышленного применения. Время от водозабора до попадания воды в водопроводы около 12 часов. Чем быстрее и точнее определен момент возникновения возможной угрозы, тем больше времени остается для надежного физико-химического анализа состава воды и принятия решения о степени угрозы и, в случае ее серьезности, перекрытия воды.In practice, faster methods are needed to detect early changes in the life of aquatic organisms. Such a task is, for example, in the preparation of natural water for water supply to the population or in the discharge of water after industrial use. The time from the intake to the ingress of water into the water supply system is about 12 hours. The faster and more accurately the moment of occurrence of a possible threat is determined, the more time is left for a reliable physico-chemical analysis of the composition of the water and a decision on the degree of threat and, in the case of its severity, water closure.
Известен способ биологического мониторинга водной среды на основе регистрации положения створок раковин двухстворчатых раковинных моллюсков и система для осуществления данного способа. Биологический мониторинг основан на закреплении на створках раковины моллюсков датчиков положения створок, размещении моллюсков с датчиками в контролируемой воде, формировании и пропускании оптического излучения по оптическим волокнам линии передачи. Далее способ предусматривает преобразование оптического излучения, прошедшего по оптическим волокнам, в электрические сигналы приемниками оптического излучения, установленными с возможностью оптического контакта с выходными торцами оптических волокон, преобразование их в цифровые коды, ввод цифровых кодов в компьютер, сравнение компьютером цифровых кодов с пороговым значением, соответствующим значению электрического сигнала при закрытых створках раковины, определение количества моллюсков, закрывших створки раковин. А контроль качества тестируемой воды осуществляют по количеству цифровых кодов, не превысивших пороговое значение. При этом решение о загрязнении контролируемой воды принимают при превышении количеством моллюсков, закрывших створки раковин, порогового значения (RU 2361207, 10.07.2009). Однако полученные данные в соответствии с предложенной системой мониторинга качества тестируемой воды не обеспечивают высокую степень надежности, в связи с тем, что невозможно отдифференцировать, чем вызваны изменения в состоянии моллюсков, внешними факторами или связаны с качеством тестируемой воды.A known method of biological monitoring of the aquatic environment based on the registration of the valve shells of bivalve shell mollusks and a system for implementing this method. Biological monitoring is based on securing the valves of the position of the valves on the shell flaps of the shell, placing the clams with the sensors in controlled water, and generating and transmitting optical radiation through the optical fibers of the transmission line. Further, the method provides for the conversion of optical radiation transmitted through the optical fibers into electrical signals by optical radiation detectors installed with the possibility of optical contact with the output ends of the optical fibers, converting them into digital codes, entering digital codes into a computer, comparing digital codes with a threshold value by a computer, corresponding to the value of the electric signal with closed shell flaps, determining the number of mollusks that closed the shell flaps. And the quality control of the tested water is carried out by the number of digital codes that do not exceed the threshold value. In this case, the decision on contamination of controlled water is made if the number of mollusks that have closed the shell flaps exceeds a threshold value (RU 2361207, July 10, 2009). However, the data obtained in accordance with the proposed system for monitoring the quality of the tested water does not provide a high degree of reliability, due to the fact that it is impossible to differentiate, due to changes in the state of mollusks, by external factors or related to the quality of the tested water.
Наиболее близким по технической сущности к способу мониторинга качества воды на основе автоматической, дистанционной непрерывной регистрации в реальном масштабе времени поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, являющемуся предметом настоящего изобретения, следует считать способ мониторинга качества воды путем оперативной биоиндикации загрязнения природных вод в режиме реального времени. Способ предусматривает проведение непрерывной регистрации поведенческих и/или физиологических реакций водных организмов в природных условиях, причем биоиндикация осуществляется по результатам комплексных изменений функциональных характеристик организмов-индикаторов, значения измеренных параметров обрабатываются компьютером в режиме реального времени индивидуально для каждой особи организма-индикатора с последующим осреднением и интегрированием результатов, оценка изменений производится по измерениям не менее трех основных параметров поведенческих и/или физиологических реакций организмов-индикаторов и частоты их колебаний, на основании сравнения текущего состояния организма-индикатора с его состоянием в норме. При анализе интегрированных результатов измерений автоматически производится генерация сигнала тревоги, оповещающего об изменении условий водной среды и степени отклонения их от нормы. Биоиндикация проводится не менее чем по двум видам организмов-индикаторов для одного и/или более биотопов, причем в качестве биотопов используются разные водные слои или массы. Для этого используют пилотную установку, представляющую собой платформу с установленным на ней оборудованием, соединенным с измерительными приборами и датчиками, закрепленными на моллюсках. Данная установка непрерывной регистрации (УНР) применяется в двух вариантах: автономном и стационарном. Автономный вариант, с размещением оборудования на плоту, предназначен для биомониторинга вод прибрежной зоны. Все сигналы, поступающие от датчиков, закрепленных на мидиях или других моллюсках, непрерывно в режиме реального времени регистрируются самописцем и/или обрабатываются компьютером с использованием соответствующей программы. Кардиоактивность и поведение моллюсков могут измеряться также в проточных аквариумах, размещенных, например, на самой нефтяной или иной платформе, куда закачивается насосом вода с поверхности моря. Для разных условий и разных водных животных из различных биотопов может быть использовано несколько различных устройств. Достигаются повышение надежности, оперативности и достоверности (RU 2395092, 20.07.2010). Однако в данном биомониторинге с помощью измерительных приборов, соединенных с самописцем или компьютером и сигнальным устройством также не учитывается, чем вызваны изменения в состояния поведенческих и/или физиологических реакций водных организмов - внешними факторами или непосредственно качеством тестируемой воды.The closest in technical essence to the method of monitoring water quality based on automatic, remote continuous real-time recording of the behavioral and / or physiological reactions of water test objects, which is the subject of the present invention, should be considered a method of monitoring water quality by operational bioindication of natural water pollution in real time. The method provides for continuous recording of behavioral and / or physiological reactions of aquatic organisms in natural conditions, moreover, bioindication is carried out according to the results of complex changes in the functional characteristics of indicator organisms, the values of the measured parameters are processed by a computer in real time individually for each individual indicator organism, followed by averaging and by integrating the results, changes are evaluated based on measurements of at least three main parameters of behavioral and / or physiological reactions of indicator organisms and their frequency of oscillation, based on the comparison of the current state of the indicator organism to its normal state. When analyzing the integrated measurement results, an alarm is automatically generated that alerts about changes in the conditions of the aquatic environment and the degree of their deviation from the norm. Bioindication is carried out on at least two types of indicator organisms for one and / or more biotopes, and different water layers or masses are used as biotopes. For this, a pilot installation is used, which is a platform with equipment installed on it, connected to measuring instruments and sensors mounted on mollusks. This installation of continuous registration (UNR) is used in two versions: autonomous and stationary. The stand-alone option, with the placement of equipment on a raft, is designed for biomonitoring the waters of the coastal zone. All signals from sensors mounted on mussels or other mollusks are continuously recorded in real time by the recorder and / or processed by a computer using the appropriate program. Cardiac activity and the behavior of mollusks can also be measured in flowing aquariums located, for example, on the oil or other platform itself, where water is pumped from the sea surface by a pump. For different conditions and different aquatic animals from different biotopes, several different devices can be used. Achieved increased reliability, efficiency and reliability (RU 2395092, 07.20.2010). However, in this biomonitoring using measuring devices connected to a recorder or computer and a signaling device, it is also not taken into account, which caused changes in the state of behavioral and / or physiological reactions of aquatic organisms - by external factors or directly by the quality of the tested water.
Таким образом, недостатками способа биологического мониторинга водной среды, который является ближайшим аналогом, являются недостаточно высокая достоверность контроля состояния водной среды.Thus, the disadvantages of the method of biological monitoring of the aquatic environment, which is the closest analogue, are the insufficiently high reliability of monitoring the state of the aquatic environment.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение достоверности мониторинга воды за счет создания системы оперативной биоиндикации, обеспечивающей установления корреляции между изменениями состояния поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, вызванного внешними факторами или непосредственно качеством тестируемой воды.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of water monitoring by creating an operational bioindication system that provides a correlation between changes in the state of behavioral and / or physiological reactions of water test objects caused by external factors or directly by the quality of the tested water.
Технический результат достигается, во-первых, тем, что мониторинг качества воды проводят путем автоматической дистанционной непрерывной регистрации в реальном масштабе времени поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, находящихся в аквариумах, через которые пропускают тестируемую воду стабилизированной температуры, а контроль качества воды проводят по изменениям состояния тест-объектов, при этом осуществляют автоматическое через блок управления вентелями перенаправление тестируемой воды через три и более аквариумов, с находящимися в них водными тест-объектами, при этом подаваемый поток тестируемой воды в каждый момент времени проходит только через один аквариум, а в других - циркуляцию воды осуществляют внутри аквариумов без подачи внешней воды, причем период перенаправления потока тестируемой воды из одного аквариума в другой равен времени, достаточного для оценки поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, смены большей части циркулируемой в аквариуме воды при скорости потока воды, обеспечивающей поддержание в ней стабильной среды для жизнеобеспечения водных тест-объектов, а контроль качества тестируемой воды проводят путем сравнения между собой результатов состояния поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов в моменты времени прохождения потоков тестовой воды в аквариумах и при наличии изменений состояния поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов в одном аквариуме, которые совпали с потоком тестовой воды через этот аквариум, а в остальных аквариумах подобные изменения отсутствовали, предполагают, что изменения вызваны свойствами тестируемой воды, если же при следующем переключении во второй аквариум потока воды изменения проявились для тест-объектов второго аквариума, то изменения оценивают как вызванные свойствами тестируемой воды, а когда подобные изменения проявляются и в третьем аквариуме, совпадающие с потоком тестовой воды через этот аквариум, пробу тестируемой воды отправляют на дополнительный химический анализ, для выявления конкретной причины, вызвавшей изменения в состоянии тест-объектов, при наличии изменений состояния поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов во всех аквариумах без привязки к прохождению через них потоков тестируемой воды, оценивают данные изменения, как воздействие на тест-объекты внешнего фактора, не связанного с качеством воды.The technical result is achieved, firstly, by monitoring the water quality by automatically real-time remote continuous real-time recording of the behavioral and / or physiological reactions of the water test objects located in the aquariums through which the tested water is passed at a stable temperature, and quality control water is carried out according to changes in the state of test objects, while redirection of the tested water through three or more at the same time, the supplied test water flow passes through only one aquarium at any time, and in others - the water is circulated inside the aquariums without external water supply, and the period of redirection of the test water flow from one aquarium in the other, it is equal to the time sufficient to assess the behavioral and / or physiological reactions of water test objects, to change most of the water circulated in the aquarium at a water flow rate that ensures that of a stable environment for the life support of water test objects, and the quality of the tested water is monitored by comparing the results of the behavioral and / or physiological reactions of the water test objects at the time points of the flow of test water in the aquariums and in the presence of changes in the state of behavioral and / or physiological reactions of test objects in one aquarium, which coincided with the flow of test water through this aquarium, and there were no such changes in other aquariums, suggest that the changes are caused by the properties of the test water, if during the next switching to the second aquarium the water flow changes appeared for the test objects of the second aquarium, then the changes are estimated as caused by the properties of the test water, and when such changes appear in the third aquarium, coinciding with the flow of test water through this aquarium, a test water sample is sent for additional chemical analysis, to identify the specific cause that caused changes in the state of the test objects, in the presence of state changes behavioral and / or physiological reactions aqueous test objects in all aquaria without reference to the passage therethrough of sample water flows, assess these changes, the impact on test objects external factors not related to the water quality.
Технический результат достигается, во-вторых, также и тем, что система для мониторинга качества воды содержит аквариумы с водными тест-объектами, блок водоподготовки и подачи тестируемой воды, сливные трубы, блок контроля и регистрации поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов и блок индикации, причем дополнительно она содержит электроуправляемые вентили по числу аквариумов, блок управления вентилями и таймер, для генерации тестовых интервалов, соединенный с блоком управления вентилями, с блоком контроля и регистрации поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов и блоком индикации, а блок водоподготовки и подачи тестируемой воды через электроуправляемые вентили соединен посредством труб с аквариумами и сливными трубами.The technical result is achieved, secondly, also by the fact that the system for monitoring water quality comprises aquariums with water test objects, a unit for water treatment and supply of test water, drain pipes, a unit for monitoring and recording behavioral and / or physiological reactions of test objects and an indication unit, and additionally it contains electrically operated valves according to the number of aquariums, a valve control unit and a timer for generating test intervals, connected to the valve control unit, with a control and registration unit ovedencheskih and / or physiological reactions of the test objects and display unit and the unit under test water preparation and supply of water through the electrically-controlled valves are connected by tubes with aquariums and drain pipes.
Изобретение иллюстрируется фиг.1-3. На фиг.1 представлен общий вид системы для мониторинга качества воды по поведенческим и/или физиологическим реакциям водных тест-объектов. Слева от системы расположен проточный холодильник. На фиг.2 показан вид системы с обратной стороны, на которой видны аквариумы с водными тест-объектами, электроуправляемые вентили по числу аквариумов, сливные трубы. На фиг.3 представлена схема автоматической системы мониторинга качества воды.The invention is illustrated in figures 1-3. Figure 1 presents a General view of a system for monitoring water quality according to the behavioral and / or physiological reactions of water test objects. To the left of the system is a flowing refrigerator. Figure 2 shows the back of the system, which shows aquariums with water test objects, electrically operated valves by the number of aquariums, drain pipes. Figure 3 presents a diagram of an automatic water quality monitoring system.
Система для мониторинга качества воды на основе автоматической, дистанционной, непрерывной регистрации в реальном масштабе времени поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов содержит блок водоподготовки и подачи тестируемой воды (1), блок управления вентилями (2), таймер для генерации тестовых интервалов (3), блок контроля и регистрации поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов (4), блок индикации (5), электроуправляемые вентили (6) по числу аквариумов (7) и сливные трубы (8). При этом таймер для генерации тестовых интервалов (3) соединен с блоком управления вентилями (2), с блоком контроля и регистрации поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов (4) и блоком индикации (5). А блок водоподготовки и подачи тестируемой воды (1) через электроуправляемые вентили (6) соединен посредством труб с аквариумами (7) и сливными трубами (8).A system for monitoring water quality based on automatic, remote, continuous real-time recording of behavioral and / or physiological reactions of water test objects contains a unit for the preparation and supply of test water (1), a valve control unit (2), a timer for generating test intervals (3), a unit for monitoring and recording behavioral and / or physiological reactions of test objects (4), an indication unit (5), electrically operated valves (6) according to the number of aquariums (7) and drain pipes (8). In this case, the timer for generating test intervals (3) is connected to the valve control unit (2), to the unit for monitoring and recording the behavioral and / or physiological reactions of test objects (4), and an indication unit (5). And the block of water treatment and test water supply (1) through electrically operated valves (6) is connected via pipes to aquariums (7) and drain pipes (8).
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
Водные тест-объекты (моллюски, крабы, рыбы и др.) размещают в трех тестовых аквариумах (7) по 4 особи с оптосенсорами в каждом. Тестируемая природная вода перед подачей в аквариумы (7) проходит через фильтр механической очистки от крупных органических и неорганических примесей, через проточный холодильник в блок водоподготовки и подачи тестируемой воды (1), в котором проводят стабилизацию температуры тестируемой воды. Затем ее направляют через электроуправляемые вентили (6), которые с помощью блока управления вентилями (2) и таймера (3) регулируют необходимую скорость потока тестируемой воды через систему труб. Причем период перенаправления потока тестируемой воды из одного аквариума (7) в другой равен времени, достаточному для оценки с помощью блока контроля и регистрации поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов (4), состояния тест-объектов, смены большей части циркулируемой в аквариуме воды и обеспечения поддержания в ней стабильной среды для жизнеобеспечения водных тест-объектов. Поток тестируемой воды в каждый момент времени проходит только через 1 аквариум (7), а в двух других - циркуляцию воды осуществляют внутри аквариумов (7) без подачи внешней воды. Таким образом, только 4 тест-объекта из 12 прокачивают через себя тестируемую воду. Через 10 минут автоматически с помощью электроуправляемых вентилей (6) перекрывают поступление воды во все аквариумы (7) и сразу после этого открывают подачу воды в следующий аквариум. Соответственно, 4 тест-объекта, содержащихся в этом аквариуме, становятся тестовыми, а 8 остальных - контрольными. Через блок контроля и регистрации поведенческих и/или физиологических реакций тест-объектов (4) у всех 12 тест-объектов непрерывно регистрируют поведенческие и/или физиологические реакции, например кардиоритмы и раскрытие створок. В качестве средств их измерения могут быть использованы, например, датчики Холла, мюссельмонитор, плетизмографы или другие волоконно-оптические датчики и иные подобные устройства (на схеме не показаны). Информация о состоянии системы через блок индикации (5) отображается в виде цветовой диаграммы или в графической форме или в цифровой на мониторе компьютера (на схеме не показано). Применение сенсорных экранов облегчает интерактивный режим управления системой, например, позволяет перейти в ручной режим и открывать-закрывать любой из вентилей (6). В штатном режиме система не требует вмешательства оператора. В центральной части экрана монитора компьютера отображаются все основные узлы и состояние электроуправляемых вентилей (6). Открытые вентили (6) обозначаются зеленым, закрытые - белым. Знак замка на вентиле указывает, что он находится под управлением системы и в текущем режиме (режиме мониторинга) прикосновение к его изображению не вызывает каких-либо действий. Цифры в блоках означают относящуюся к ним информацию. Так, например, на нагревателе указана требуемая температура стабилизации (18°C), температура, измеренная на выходе нагревателя (17°C), а шкала показывает долю мощности нагревателя от максимально возможной. На счетчике воды указана мгновенная скорость потока воды и количество литров воды, залитых начиная с последнего переключения вентилей (6). На изображениях каждого из аквариумов (7) указывается температура в нем, наличие воды и состояние моллюсков по результатам анализа прошлого 10-минутного интервала. Сразу после включения и до обработки полного 10-минутного интервала тест-объекты показаны серым цветом. Если разъем оптосенсора был вынут из розетки, то соответствующий канал также показан серым цветом и еще рядом показан замок, означающий, что данные по этому каналу не доступны.Water test objects (mollusks, crabs, fish, etc.) are placed in three test aquariums (7), 4 individuals with optosensors in each. Before being fed to the aquariums (7), the tested natural water passes through a filter for mechanical cleaning of large organic and inorganic impurities, through a flow cooler to the water treatment and test water supply unit (1), in which the temperature of the tested water is stabilized. Then it is sent through electrically operated valves (6), which, using the valve control unit (2) and timer (3), regulate the required flow rate of the test water through the pipe system. Moreover, the period of redirection of the flow of test water from one aquarium (7) to another is equal to the time sufficient to evaluate with the help of a unit for monitoring and recording the behavioral and / or physiological reactions of test objects (4), the state of test objects, and the change of most of the circulating in the aquarium water and ensuring the maintenance of a stable environment in it for the life support of water test objects. The flow of test water at each moment of time passes only through 1 aquarium (7), and in the other two, water is circulated inside the aquariums (7) without supplying external water. Thus, only 4 out of 12 test objects pump test water through themselves. After 10 minutes, automatically using electrically controlled valves (6), the water supply to all aquariums (7) is shut off and immediately after that the water supply to the next aquarium is opened. Accordingly, 4 test objects contained in this aquarium become test ones, and 8 others - control ones. Through the unit for monitoring and recording behavioral and / or physiological reactions of test objects (4), all 12 test objects continuously record behavioral and / or physiological reactions, for example, cardiac rhythms and opening of the valves. As a means of measuring them, for example, Hall sensors, a müsselmonitor, plethysmographs or other fiber-optic sensors and other similar devices (not shown) can be used. Information about the state of the system through the display unit (5) is displayed in the form of a color chart or in graphical or digital form on a computer monitor (not shown in the diagram). The use of touch screens facilitates the interactive mode of system control, for example, it allows you to switch to manual mode and open-close any of the valves (6). In normal mode, the system does not require operator intervention. In the central part of the computer monitor screen, all the main nodes and the state of the electrically operated valves (6) are displayed. Open valves (6) are marked in green, closed valves in white. The sign of the lock on the valve indicates that it is under the control of the system and in the current mode (monitoring mode), touching its image does not cause any action. The numbers in the blocks indicate the information related to them. For example, the heater indicates the required stabilization temperature (18 ° C), the temperature measured at the heater output (17 ° C), and the scale shows the fraction of the heater power from the maximum possible. The water meter indicates the instantaneous water flow rate and the number of liters of water filled since the last switching of the valves (6). The images of each aquarium (7) indicate the temperature in it, the presence of water and the state of the mollusks according to the analysis of the past 10-minute interval. Immediately after switching on and before processing the full 10-minute interval, test objects are shown in gray. If the optosensor connector has been removed from the outlet, the corresponding channel is also shown in gray and a lock is shown next to it, meaning that data on this channel is not available.
В случае технической необходимости систему можно перевести в режим ручного управления или автоуправления. Для этого достаточно на мониторе компьютера коснуться соответствующего окна или навести на него указателем «мыши» и кликнуть клавишей. При автоуправлении система продолжает автоматически стабилизировать скорость потока воды, температуру и регулярно переключает вентили (6), поочередно направляя проточную воду через аквариумы (7) (на схеме не показано).In case of technical need, the system can be transferred to the manual control or automatic control mode. To do this, it is enough to touch the corresponding window on the computer monitor or point the mouse at it and click the button. During automatic control, the system continues to automatically stabilize the water flow rate, temperature and regularly switches the valves (6), alternately directing flowing water through the aquariums (7) (not shown in the diagram).
В режиме ручного управления терморегулирования не производится, а все вентили (6) доступны для открывания-закрывания. Помимо монитора, отображающего текущее состояние системы в целом, имеется второй монитор, отображающий поведенческие и/или физиологические реакции каждого из тестовых объектов (на схеме не показано). Нештатные ситуации, нарушающие работу системы, автоматически контролируют и отображают. Для отображения состояния системы помимо мониторов предусмотрена сигнальная колонна, на основе матрицы RGB- светодиодов. Сигнальная колонна крепится к крышке аппаратного шкафа (на схеме не показано) и хорошо заметна оператору. Верхняя часть сигнальной колонны отображает общее состояние моллюсков, нижняя часть - техническое состояние системы. Если все узлы системы исправны и никаких нештатных ситуаций нет - нижняя часть световой колонны горит ровным зеленым светом.In the manual control mode, thermal control is not performed, and all valves (6) are available for opening and closing. In addition to a monitor that displays the current state of the system as a whole, there is a second monitor that displays the behavioral and / or physiological reactions of each of the test objects (not shown in the diagram). Abnormal situations that disrupt the operation of the system are automatically monitored and displayed. In addition to monitors, a signal column is provided for displaying the status of the system, based on a matrix of RGB LEDs. The signal column is attached to the cover of the hardware cabinet (not shown in the diagram) and is clearly visible to the operator. The upper part of the signal column displays the general state of the mollusks, the lower part - the technical condition of the system. If all nodes of the system are in good condition and there are no emergency situations, the lower part of the light column lights up with a steady green light.
Варианты осуществления способа мониторинга качества вода были проведены на примере 12-канальной системы тестирования качества воды, разработанной и изготовленной для Рублевской станции водоподготовки Мосводоканала. При этом мониторинг (автоматическую дистанционную непрерывную регистрацию в реальном масштабе времени) проводили по поведенческим и/или физиологическим реакциям водных тест-объектов, в частности двухстворчатых моллюсков, поочередно используемых то в качестве тестовых, то контрольных. Моллюсков разместили в трех тестовых аквариумах по четыре особи с сенсорами в каждом, через которые пропускали тестируемую воду стабилизированной температуры. Тестируемую воду пропускали через три аквариума, автоматически с помощью электроуправляемых вентилей, перенаправляя ее таким образом, чтобы подаваемый поток тестируемой воды в каждый момент времени проходил только через один аквариум, а в других - циркуляцию воды осуществляли внутри аквариумов без подачи внешней воды. Период перенаправления потока тестируемой воды из одного аквариума в другой был равен времени, достаточной для оценки поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, смены большей части циркулируемой в аквариуме воды при скорости потока воды, обеспечивающей поддержание в ней стабильной среды для жизнеобеспечения водных тест-объектов, в данном случае он был равен 10 мин. При этом скорость потока и температура воды автоматически поддерживали при значениях, соответственно, 18°C и 2.2 л в минуту. За 10 мин через тестируемый аквариум протекало 22 л воды, то есть вода в аквариуме обновлялась практически полностью. Регулирование скорости потока обеспечивали с помощью управляемого электрорегулируемого вентиля исходя из показаний счетчика воды. Контроль качества воды проводили по изменению состояния тест-объектов и путем сравнения между собой результатов состояния их поведенческих и физиологических реакций в моменты времени прохождения протоков тестовой воды в аквариумах. И при заметном изменении кардиоритма, включая его пропадание, или заметное изменение раскрытия/закрытия створок для моллюсков, содержащихся в одном аквариуме, которое совпадало с протоком тестовой воды через этот аквариум, а в двух других аквариумах - подобных изменений не обнаруживалось, то предполагали, что изменение вызвано свойствами тестируемой воды. Если при следующем переключении потока воды во второй аквариум изменения проявились для моллюсков этого аквариума, то наличие в воде некоторого нового фактора становилось для исследователей более убедительным. Наконец, когда подобные изменения наблюдали и в третьем аквариуме - пробу воды отправляли на дополнительный химический анализ, который выявлял конкретную причину, вызвавшую реакцию тест-объектов. Особенно важно это делать, если реакция характерна для негативных воздействий, например закрытие створок, увеличение периодов или утрата стабильности кардиоритма, резкое уменьшение электрической активности. Если же изменения поведенческих и/или физиологических реакций происходили одновременно во всех аквариумах без привязки к переключениям потока тестируемой воды, то они были связаны с каким-то внешним фактором. Выявление этого фактора, например в виде постороннего звука, позволяло исключить его из процесса мониторинга и соответственно повысить надежность результатов его исследования. Результаты отображались на экране монитора в виде сводной цветной диаграммы за сутки, с указанием о состоянии системы и тестовых организмов (моллюсков). В диаграмме отображалось время интервалов, общая оценка состояния моллюсков и состояние системы. Если моллюски чувствовали себя хорошо - столбцы на диаграмме были окрашены зеленым. Если были основания для тревоги - желтым. Если физиологические ритмы большей части моллюсков не соответствовали норме - красным. Техническое состояние системы в норме отображалось на диаграмме в виде столбцов, окрашенных зеленым. Отображение количества прокачанной воды отражалось на диаграмме следующим образом. Если за время 10-минутного интервала через аквариум было пропущено заданное количество воды (около 22 л), то отображалось на диаграмме голубым, если меньше 15 л - серым, если воды вообще не было - белым, а если по каким-то причинам было прокачано больше 25 л - сиреневым. В проведенном исследовании качества воды Мосводоканала в Восточном округе Москвы были получены следующие данные. Состояние тест-объектов в первом аквариуме после прохождения через него потока тестируемой воды оценивалось как измененное. А в двух других - такие изменения отсутствовали. Это предполагало, что изменения вызваны свойствами тестируемой воды.Embodiments of a method for monitoring water quality were carried out using the 12-channel water quality testing system developed and manufactured for the Rublevskaya Mosvodokanal water treatment station as an example. At the same time, monitoring (automatic continuous continuous recording in real time) was carried out according to the behavioral and / or physiological reactions of aquatic test objects, in particular bivalves, which are used alternately as test or control ones. Mollusks were placed in three test aquariums, four individuals with sensors in each, through which tested water of stable temperature was passed. The tested water was passed through three aquariums, automatically using electrically-operated valves, redirecting it so that the feed stream of the tested water at each moment of time passed through only one aquarium, and in others - the water was circulated inside the aquariums without supplying external water. The period of redirection of the flow of test water from one aquarium to another was equal to the time sufficient to assess the behavioral and / or physiological reactions of the water test objects, the change of most of the water circulated in the aquarium at a flow rate of water, ensuring the maintenance of a stable environment for the life support of water tests -objects, in this case it was equal to 10 min. The flow rate and water temperature were automatically maintained at 18 ° C and 2.2 L per minute, respectively. For 10 minutes, 22 liters of water flowed through the test aquarium, that is, the water in the aquarium was updated almost completely. Flow rate control was provided using a controlled electrically-controlled valve based on the readings of a water meter. Water quality control was carried out by changing the state of test objects and by comparing the results of the state of their behavioral and physiological reactions between themselves at the time points of passage of test water ducts in aquariums. And with a noticeable change in the cardiac rhythm, including its disappearance, or a noticeable change in the opening / closing of the valves for mollusks contained in one aquarium, which coincided with the test water flow through this aquarium, and in two other aquariums, no such changes were found, it was assumed that the change is caused by the properties of the tested water. If during the next switching of the water flow to the second aquarium, changes appeared for the mollusks of this aquarium, then the presence of some new factor in the water became more convincing for the researchers. Finally, when similar changes were also observed in the third aquarium, a water sample was sent for additional chemical analysis, which revealed the specific cause that caused the reaction of the test objects. It is especially important to do this if the reaction is characteristic of negative influences, for example, closing of the valves, increase in periods or loss of stability of the cardiac rhythm, a sharp decrease in electrical activity. If changes in behavioral and / or physiological reactions occurred simultaneously in all aquariums without reference to switching the flow of test water, then they were associated with some external factor. The identification of this factor, for example, in the form of an extraneous sound, made it possible to exclude it from the monitoring process and, accordingly, increase the reliability of its research results. The results were displayed on the monitor screen in the form of a summary color chart per day, indicating the status of the system and test organisms (mollusks). The chart displayed time intervals, an overall assessment of the state of the mollusks and the state of the system. If the mollusks were doing well, the columns on the chart were colored green. If there were grounds for alarm, yellow. If the physiological rhythms of most of the mollusks did not meet the norm - red. The technical condition of the system was normally displayed on the diagram in the form of columns colored in green. The display of the amount of pumped water was reflected in the diagram as follows. If during the 10-minute interval a predetermined amount of water (about 22 l) was passed through the aquarium, then it was displayed in the diagram as blue, if less than 15 l - gray, if there was no water at all - white, and if for some reason it was pumped more than 25 l - lilac. In the study of water quality of Mosvodokanal in the Eastern District of Moscow, the following data were obtained. The state of the test objects in the first aquarium after passing through it the flow of test water was evaluated as changed. And in the other two - there were no such changes. This suggested that the changes were caused by the properties of the tested water.
После переключения потока тестируемой воды во второй аквариум изменения проявились для тест-объектов и этого аквариума. Что подтвердило характер изменений, как вызванных свойствами тестируемой воды. При следующем переключении тестируемой воды в третьем аквариуме также были обнаружены изменения в состоянии тест-объектов, связанные с прохождением потока тестируемой воды. Проба тестируемой воды была отправлена на физико-химическое исследование. В пробе были обнаружены токсические вещества, в частности повышенное содержание нитритов в воде более 3,0 мг/л и нитратов по азоту более 45 мг/л.After switching the flow of test water to the second aquarium, changes appeared for the test objects and this aquarium. Which confirmed the nature of the changes, as caused by the properties of the tested water. The next time the test water was switched in the third aquarium, changes in the state of the test objects associated with the passage of the test water flow were also detected. A test water sample was sent for a physicochemical study. Toxic substances were found in the sample, in particular, an increased content of nitrites in water of more than 3.0 mg / l and nitrogen nitrates of more than 45 mg / l.
Возможность исследования одних и тех же особей то в тестовом режиме, когда воздействие опасных факторов возможно, то в контрольном, когда подача опасных факторов исключена, обеспечивает получение своих представлений о том, что является нормой и аномалией в их физиологических проявлениях. Нахождение в каждый момент времени части тест-объектов в тестовом режиме, а другой части - в контрольном обеспечивает также общую непрерывность работы системы.The possibility of researching the same individuals either in test mode, when exposure to hazardous factors is possible, or in control, when the supply of hazardous factors is excluded, provides an idea of what is the norm and anomaly in their physiological manifestations. Finding at each moment of time part of the test objects in test mode, and the other part in the control mode also ensures the overall continuity of the system.
Таким образом, способ мониторинга качества воды на основе автоматической, дистанционной, непрерывной регистрации в реальном масштабе времени поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов и система для его осуществления обеспечивают повышение достоверности мониторинга воды за счет создания системы оперативной биоиндикации, обеспечивающей установления корреляции между изменениями состояния поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, вызванного внешними факторами или непосредственно качеством тестируемой воды, используемые в данной системе.Thus, a method for monitoring water quality based on automatic, remote, continuous real-time recording of behavioral and / or physiological reactions of water test objects and a system for its implementation provide an increase in the reliability of water monitoring through the creation of an operational bioindication system that ensures the establishment of a correlation between changes in the state of behavioral and / or physiological reactions of water test objects caused by external factors or directly quality test water used in this system.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014100068/15A RU2570375C2 (en) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Method to monitor water quality and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014100068/15A RU2570375C2 (en) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Method to monitor water quality and device for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014100068A RU2014100068A (en) | 2015-08-10 |
| RU2570375C2 true RU2570375C2 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=53795609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014100068/15A RU2570375C2 (en) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Method to monitor water quality and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2570375C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755407C1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-09-15 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Method for monitoring water quality and a two-channel biosensor installation for its implementation |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111537686A (en) * | 2020-04-26 | 2020-08-14 | 蛟龙（厦门）科技有限公司 | Intelligence water conservancy construction environmental monitoring system |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1337544A (en) * | 1969-12-19 | 1973-11-14 | Ple Sey Co Ltd | Fluid testing apparatus |
| SU1106456A1 (en) * | 1982-08-11 | 1984-08-07 | Байкальский Филиал Института Экологической Токсикологии Всесоюзного Научно-Промышленного Объединения Бумажной Промышленности | Device for biological check of waste water toxicity |
| RU2073556C1 (en) * | 1995-04-14 | 1997-02-20 | Научно-производственное предприятие "Мембранная технология" | Water cleaning quality indicator |
| RU2331876C2 (en) * | 2006-08-29 | 2008-08-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method of ecological control of water pollution, bottom sediment and atmosphere along trunk pipelines laid at pool bottom, and device for its implementation |
| RU2365886C2 (en) * | 2003-11-15 | 2009-08-27 | Интелисис Лтд. | Control method of fluid medium and device to that effect |
| CN102012419A (en) * | 2010-11-03 | 2011-04-13 | 浙江工业大学 | Biologic water quality monitoring system for perceiving fish behaviors based on vision |
| RU2437093C1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-12-20 | Учреждение Российской академии наук Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН | System for rapid biological monitoring and indication |
| RU2443001C1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method for the region's ecological state data collection and an automated system of ecological monitoring and emergency monitoring of the regional environment |
| CN202886362U (en) * | 2012-11-23 | 2013-04-17 | 哈尔滨商业大学 | Household water quality monitoring device |
-
2014
- 2014-01-10 RU RU2014100068/15A patent/RU2570375C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1337544A (en) * | 1969-12-19 | 1973-11-14 | Ple Sey Co Ltd | Fluid testing apparatus |
| SU1106456A1 (en) * | 1982-08-11 | 1984-08-07 | Байкальский Филиал Института Экологической Токсикологии Всесоюзного Научно-Промышленного Объединения Бумажной Промышленности | Device for biological check of waste water toxicity |
| RU2073556C1 (en) * | 1995-04-14 | 1997-02-20 | Научно-производственное предприятие "Мембранная технология" | Water cleaning quality indicator |
| RU2365886C2 (en) * | 2003-11-15 | 2009-08-27 | Интелисис Лтд. | Control method of fluid medium and device to that effect |
| RU2331876C2 (en) * | 2006-08-29 | 2008-08-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method of ecological control of water pollution, bottom sediment and atmosphere along trunk pipelines laid at pool bottom, and device for its implementation |
| RU2437093C1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-12-20 | Учреждение Российской академии наук Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН | System for rapid biological monitoring and indication |
| RU2443001C1 (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-20 | Сергей Петрович Алексеев | Method for the region's ecological state data collection and an automated system of ecological monitoring and emergency monitoring of the regional environment |
| CN102012419A (en) * | 2010-11-03 | 2011-04-13 | 浙江工业大学 | Biologic water quality monitoring system for perceiving fish behaviors based on vision |
| CN202886362U (en) * | 2012-11-23 | 2013-04-17 | 哈尔滨商业大学 | Household water quality monitoring device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755407C1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-09-15 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС) | Method for monitoring water quality and a two-channel biosensor installation for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014100068A (en) | 2015-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11939236B2 (en) | System and a method for comprehensive monitoring, analysis and maintenance of water and equipment in swimming pools | |
| US10048243B2 (en) | Automatic water quality surveillance apparatus | |
| Murphy et al. | A low-cost autonomous optical sensor for water quality monitoring | |
| CN106163996B (en) | System and method for detecting the growth of the microorganism in water system | |
| US6119630A (en) | Installation for in situ monitoring the quality of habitat of aquatic organisms | |
| CN110352344A (en) | Can field deployment Multi-channel type sampling and monitoring device and germ contamination measurement method | |
| US20040206162A1 (en) | Apparatus and method of portable automated biomonitoring of water quality | |
| KR20080107926A (en) | Measuring equipment for quality of water | |
| KR20150105945A (en) | A method and system for monitoring quality of ballast water of a vessel | |
| Lemly et al. | A behavioral assay for assessing effects of pollutants on fish chemoreception | |
| JP6798659B2 (en) | Water quality monitoring system using aquatic organisms | |
| RU2570375C2 (en) | Method to monitor water quality and device for its realisation | |
| JP2007085828A (en) | Water quality monitoring method and monitor | |
| Kamisetti et al. | Smart electronic system for pond management in fresh water aquaculture | |
| CA2418086A1 (en) | System and method for monitoring water using bivalve mollusks | |
| CN205844884U (en) | A kind of Automatic system for aquaculture | |
| RU2437093C1 (en) | System for rapid biological monitoring and indication | |
| JP2007064783A (en) | Water quality monitoring device using fishes | |
| US20180246075A1 (en) | Device and method for certifying the life cycle of an organic product | |
| CN105203730A (en) | Water quality safety biological tracking and monitoring equipment | |
| EP4194643A2 (en) | An apparatus for measuring characteristics of a water facility | |
| GB2480301A (en) | Multi-parameter sensor and method of monitoring fluid characteristics | |
| CA2238160A1 (en) | Installation for in situ monitoring the quality of habitat of aquatic organisms | |
| JPS63222262A (en) | Water quality abnormality detector | |
| US20040049353A1 (en) | System and method for monitoring water using bivalve mollusks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160111 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170511 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210111 |