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聚光科技“基于活體熒光藻分類的水華預(yù)警技術(shù)”獲技術(shù)認(rèn)證！
閱讀：79發(fā)布時(shí)間：2022-12-27
此次評選工作歷時(shí)半年，經(jīng)推薦、形式審查、專家評價(jià)，共評選出年度生態(tài)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)50項(xiàng)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)示范工程70項(xiàng)編制成冊。
隨著“環(huán)境保護(hù)攻堅(jiān)戰(zhàn)"的持續(xù)推進(jìn)，“水環(huán)境保衛(wèi)戰(zhàn)"的重要性日漸凸顯。以“三水統(tǒng)籌"為戰(zhàn)略目標(biāo)，“水生態(tài)"環(huán)境保護(hù)或?qū)⒊蔀橄乱粋€(gè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要關(guān)注點(diǎn)。影響水生態(tài)健康的首要因素就是“水華"，外號“水體殺手"。
你知道什么是水華嗎？被稱為“水體殺手"的水華有什么危害？
水華又稱藻華，發(fā)生在海洋中則被稱為“赤潮"，是由于水體中氮磷等營養(yǎng)元素含量過高等因素導(dǎo)致藻類突然性過度增殖的一種自然現(xiàn)象。水華涉及到的藻類在淡水中主要有藍(lán)藻、綠藻，在海水中主要為硅藻、甲藻等。
淡水中的水華現(xiàn)象以滇池、太湖和巢湖等最--為----著----名，藍(lán)藻水華發(fā)生范圍最---廣、危害最---大，對人類健康的危害也最---為嚴(yán)重，最---大危害是通過產(chǎn)生異味物質(zhì)和藍(lán)藻毒素影響飲用水源和水產(chǎn)品安全，特別是藍(lán)藻的次生代謝產(chǎn)物——微囊藻毒素能損害肝臟，具有促癌效應(yīng)，直接威脅人類的健康。除此之外，水華爆發(fā)還會(huì)干擾和破壞水體生態(tài)平衡，造成水生生物死亡、水體環(huán)境缺氧、水生生物中毒等。
藻類，承擔(dān)著水體含氧及生態(tài)平衡的重要作用，而近年來，各地卻頻繁出現(xiàn)藻類爆發(fā)過渡而引起“水華污染"的現(xiàn)象。研究表明，“水華現(xiàn)象"是一種二次污染，一部分未經(jīng)處理工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水和生活污水排入流域、海洋，加之港灣養(yǎng)殖業(yè)的廢水排放，導(dǎo)致流域、近海水質(zhì)富營養(yǎng)化程度日趨嚴(yán)重，這也是“水華現(xiàn)象"爆發(fā)的最---大誘因。
水體富營養(yǎng)化的水質(zhì)污染現(xiàn)象并不是近年來出現(xiàn)的“新問題"，一項(xiàng)研究顯示2012年全---球大型湖庫富營養(yǎng)化水體個(gè)數(shù)占比就達(dá)到了63%，早在07年我國第三大淡水湖太湖就爆發(fā)過一次嚴(yán)重的藍(lán)藻水華，導(dǎo)致水質(zhì)急劇惡化、水中生物大量死亡。前不久，生---態(tài)---環(huán)---境---部發(fā)布的《2022年1-9月全國地表水環(huán)境質(zhì)量狀況》數(shù)據(jù)也顯示：我國204個(gè)監(jiān)測營養(yǎng)狀態(tài)的湖（庫）中，富營養(yǎng)化的占30.4%。
不難看出水華現(xiàn)象已然是全----球性的環(huán)境問題，無論是前期監(jiān)測，后期治理均存在難點(diǎn)，各國也一直在積極探索著水華有效防治的技術(shù)與策略。此次獲評的“基于活體熒光藻分類的水華預(yù)警技術(shù)"，正是專門應(yīng)對“水體殺手"水華的最----新*技術(shù)。活體熒光藻分類？水華預(yù)警？如何分類？怎么預(yù)警？光聽這技術(shù)的名字，讓人一頭霧水卻又不明覺厲。
為了一探究竟，我們特邀聚光科技水生態(tài)特色醫(yī)學(xué)部的戴研究員給我們深入解讀這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)----特之處！
基于活體熒光藻分類的水華預(yù)警技術(shù)
“基于活體熒光藻分類的水華預(yù)警系統(tǒng)"由感知層、基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、綜合應(yīng)用系統(tǒng)、信息展示層五個(gè)層級組成。"
“用通俗的話來說，整個(gè)系統(tǒng)就是由硬件+網(wǎng)絡(luò)傳輸+軟件組成。"戴研究員介紹到，“首先水質(zhì)檢測設(shè)備對被監(jiān)測區(qū)域的營養(yǎng)鹽指標(biāo)（CODmn、TP、TN、NH3N）和五參數(shù)指標(biāo)（水溫、PH、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，活體熒光藻分類檢測設(shè)備根據(jù)深度做出藻分類的剖面數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)通過外圍的信息傳輸系統(tǒng)將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到平臺(tái)端，平臺(tái)根據(jù)氮磷比、各種營養(yǎng)物質(zhì)的限值、水溫、溶解氧和藻密度數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測，給出水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況、水華風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測以及水華日歷，并且當(dāng)出現(xiàn)水華風(fēng)險(xiǎn)的情況時(shí)，平臺(tái)能夠生成水華爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事件，給出水華預(yù)防、治理建議，提前做好應(yīng)對措施，減少水華帶來的影響。"
創(chuàng)新與突破
“其實(shí)國內(nèi)外對于水華預(yù)警監(jiān)測技術(shù)的研究，已經(jīng)獲得了一定的成果，但在預(yù)警的超前性、精確度、以及應(yīng)對方案的研判上還存在著難以克服的技術(shù)難點(diǎn)。我們水生態(tài)特色醫(yī)學(xué)部研發(fā)團(tuán)隊(duì)聚焦技術(shù)難關(guān)，歷時(shí)3年的研創(chuàng)與沉淀，終于取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并在2018年已將此項(xiàng)技術(shù)推向市場，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化落地。"戴研究員介紹到，“此前針對水華預(yù)警監(jiān)測的成熟產(chǎn)品大部分是國外廠商的，我們的這項(xiàng)技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化的掌握，并且對比國外產(chǎn)品，在細(xì)分度、精準(zhǔn)度和研判分析有效性等方面都更加優(yōu)秀。"
從無到有：0向1的創(chuàng)新
技術(shù)層面：多激發(fā)熒光光譜法實(shí)現(xiàn)水體藻類的分類測定
傳統(tǒng)的水華監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)只能進(jìn)行生物總量或葉綠素a總量的監(jiān)測和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，但是對即將爆發(fā)的水華主要藻種究竟是藍(lán)藻、綠藻還是硅藻、甲藻卻很難進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，此前，在國內(nèi)市面上更是還未出現(xiàn)成熟的產(chǎn)品。區(qū)別于傳統(tǒng)產(chǎn)品所使用的的單波長檢測技術(shù)，聚光科技采用多激發(fā)熒光光譜法對光譜算法進(jìn)行了創(chuàng)新性的優(yōu)化，在傳統(tǒng)總量測定的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對藻類的精準(zhǔn)分類檢測，使得水華預(yù)警監(jiān)測藻類成因的種類判定更加細(xì)致了。
為什么要區(qū)分形成水華的主要藻種呢？戴研究員介紹到，“雖然水華爆發(fā)均會(huì)對水體生態(tài)系統(tǒng)平衡造成極大的干擾和破壞，但是不同藻種之間對于生態(tài)平衡破壞以及對人體的健康威脅影響情況不一，評估風(fēng)險(xiǎn)程度和應(yīng)對措施也需要進(jìn)一步精細(xì)化；另外抑制不同藻類的水華形成，大原則上雖然都需要減少氮磷等營養(yǎng)元素的輸入，但是不同藻類之間生長喜好也存在一定差異，例如鐵、錳元素會(huì)對甲藻爆發(fā)起到催化誘導(dǎo)的作用，藍(lán)藻在PH較高的環(huán)境中生長較為迅速等，利用這些藻類的生長喜好，可以針對性進(jìn)行預(yù)防處理，達(dá)到事半功倍的效果。"
應(yīng)用層面：“動(dòng)靜"結(jié)合布局更大更廣范圍的測定
這套水華監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新了“動(dòng)靜"結(jié)合式監(jiān)測應(yīng)用場景，“動(dòng)"由無人船搭載藻分類、五參數(shù)等秒級出數(shù)儀表組成應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行不定點(diǎn)的大范圍移動(dòng)巡視，“靜"則由全太陽能浮船站在固定點(diǎn)位通過SIA系列產(chǎn)品+藻分類產(chǎn)品進(jìn)行營養(yǎng)鹽實(shí)時(shí)在線監(jiān)測以及不同藻類分類測量。針對重點(diǎn)區(qū)域，可靈活擴(kuò)大監(jiān)測范圍，豐富測量數(shù)據(jù)，更全面掌握水質(zhì)實(shí)時(shí)變化情況，使分析、研判的結(jié)果更加準(zhǔn)確。此外，“在線（浮船站）+應(yīng)急（無人船）"的應(yīng)用創(chuàng)新組合，還實(shí)現(xiàn)了“平戰(zhàn)結(jié)合"的預(yù)警管理，在保證平時(shí)常態(tài)化監(jiān)測的同時(shí)，還能在突發(fā)環(huán)境問題發(fā)生時(shí)，快速切入應(yīng)急監(jiān)測模式。
無論是技術(shù)層面還是應(yīng)用層面，這套水華監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從無到有，從0走向1的創(chuàng)新突破之路，不但彌補(bǔ)了國外產(chǎn)品的缺陷，也填---補(bǔ)了國內(nèi)水華監(jiān)測設(shè)備的空白。
由量到質(zhì)：1向100的突破
實(shí)現(xiàn)低濃度葉綠素a的精準(zhǔn)測定
在實(shí)際應(yīng)用中，水華監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確可靠最關(guān)鍵的點(diǎn)就在于葉綠素a測量的準(zhǔn)確性與否。戴研究員指出，為了確保監(jiān)測預(yù)警的精確度，這套系統(tǒng)在傳統(tǒng)意義測準(zhǔn)葉綠素a的基礎(chǔ)上更是考慮了葉綠素a的生物性特征，加入了溫度補(bǔ)償算法使得葉綠素a的測量結(jié)果更加趨近于手工測量的結(jié)果，同時(shí)也更貼近實(shí)際情況。
“對于某些藻類，如硅藻，它的特征色素是類胡蘿卜素、墨角藻黃素，葉綠素a含量相對較少，其單位濃度葉綠素a對應(yīng)藻類的濃度相對較高，在硅藻水華爆發(fā)時(shí)，水體中葉綠素a的濃度測定結(jié)果相對仍是比較低的狀態(tài)，在這種情況下，就需要對水體中較低濃度葉綠素a實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測量，才能準(zhǔn)確分析和預(yù)測藻類的群落變化。藻類分類溫度補(bǔ)償技術(shù)，解決了目前市場同類產(chǎn)品采用單一溫度補(bǔ)償導(dǎo)致的測量精度不足的缺陷，葉綠素a濃度的精準(zhǔn)監(jiān)測，使得水華預(yù)測更加準(zhǔn)確。"
實(shí)現(xiàn)了全套國標(biāo)法高配
“整套系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備，包含營養(yǎng)鹽、風(fēng)速、風(fēng)向等都采用了國標(biāo)法配置，確保了預(yù)警系統(tǒng)的整體準(zhǔn)確度較高，預(yù)測誤差控制在30%以內(nèi)。" 戴研究院補(bǔ)充道：“當(dāng)前這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于河流、湖泊的水質(zhì)監(jiān)測，助力客戶實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)和水生態(tài)平衡的目標(biāo)。"
應(yīng)用化與產(chǎn)業(yè)化
此次評選指標(biāo)不僅關(guān)注對“技術(shù)"的創(chuàng)新突破，更是強(qiáng)調(diào)“成果轉(zhuǎn)化"的實(shí)用性與應(yīng)用化。
戴研究員介紹說，該套水華系統(tǒng)作為國---內(nèi)---先---進(jìn)技術(shù)，當(dāng)前落地應(yīng)用情況也是較為理想的，目前和國內(nèi)大型院校和研究院所都在合作中，并且實(shí)現(xiàn)了在部分地區(qū)環(huán)---保---局、水---利---局的試點(diǎn)應(yīng)用，當(dāng)前落地建設(shè)應(yīng)用中的項(xiàng)目已有3-5個(gè)，均取得了不錯(cuò)的預(yù)警效果?！斑@些項(xiàng)目就是通過模型算法科學(xué)分析各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，總結(jié)歷史規(guī)律，提前預(yù)測3-7天藻類變化、爆發(fā)的情況，并根據(jù)模型確定水華的主要因素，為客戶提供具有針對性的本地化水華防控建議。"
堅(jiān)守與展望
今年11月五部印發(fā)《“十四五"生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》在水污染防治與水生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)任務(wù)水生態(tài)完整性保護(hù)修復(fù)技術(shù)中提出要著力研發(fā)湖泊藻類水華控制技術(shù)，而水華的監(jiān)測預(yù)警這一步既是污染防治起始點(diǎn)也是收尾點(diǎn)，水華的污染防治實(shí)現(xiàn)“閉環(huán)"才是當(dāng)下解決水華環(huán)境問題關(guān)鍵一步。
戴研究員也表示當(dāng)前水華平臺(tái)仍有很多可提升之處，整個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)馬不停蹄的投入到將系統(tǒng)功能向前延伸與向后延展的開發(fā)之中。“實(shí)現(xiàn)水華預(yù)警監(jiān)測技術(shù)的‘閉環(huán)及產(chǎn)業(yè)化’是聚光科技水生態(tài)特色醫(yī)學(xué)部專家團(tuán)隊(duì)未來2-3年的奮斗目標(biāo)。目前平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)水華預(yù)警和主要原因分析，未來的研發(fā)規(guī)劃會(huì)聚焦于治理措施以及源頭追溯，向前一步增加'溯源'功能，向后一步增加治理層面的應(yīng)用，根據(jù)主要原因和趨勢從專家?guī)斓慕嵌忍峁└?jīng)濟(jì)、更環(huán)保、更快速的可供選擇的治理途徑，明晰水華從哪來到哪去的每一個(gè)環(huán)節(jié)，打造大型一體化綜合性平臺(tái)。"
不僅如此，整個(gè)團(tuán)隊(duì)始終秉承著“精益求精"的匠人精神，在測定葉綠素a的精準(zhǔn)度上始終追求著超越與突破，努力研磨出更精細(xì)化的藻分類、更精確的葉綠素a測定技術(shù)。
今后無論是實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)周期的延長、藻分類監(jiān)測更加精細(xì)，還是誤差范圍不斷縮小都是整個(gè)團(tuán)隊(duì)一寸寸進(jìn)一寸寸磨結(jié)成的碩果，相信你也和聚光科技一樣，對未來水華監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的不斷完善與突破充滿著無限期待!讓我們一起靜候佳音！
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