FastBallast 壓載水合規(guī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

簡(jiǎn)介

FastBallast壓載水合規(guī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專為滿足IMO D2和USCG排放標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，可在船舶壓載水排放過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浮游植物細(xì)胞密度，以確保符合環(huán)保要求。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的熒光測(cè)量技術(shù)，能夠在幾秒內(nèi)快速識(shí)別活體浮游植物，從而有效防止海洋入侵物種的傳播。此外，F(xiàn)astBallast具備高靈敏度和準(zhǔn)確性，能夠適應(yīng)各種細(xì)胞大小，避免假陰性和假陽(yáng)性的錯(cuò)誤判斷。它不僅適用于船舶公司和港口管理者進(jìn)行定期檢測(cè)，還能方便地集成到現(xiàn)有的壓載水處理系統(tǒng)中，提供可靠且便捷的監(jiān)測(cè)解決方案。

背景介紹

“外來(lái)物種”指的是非本地生態(tài)系統(tǒng)的任何物種，在美國(guó)被合法定義為“外來(lái)物種”，其引入可能對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境甚至人類造成損害。

非本土物種是全球生物多樣性的最大威脅之一，僅次于棲息地喪失，考慮到我們已經(jīng)進(jìn)入了“地球上第六次大規(guī)模物種滅絕”，這是一個(gè)需要我們注意的嚴(yán)重問題。

船舶壓載水是海洋入侵物種的最大載體之一，用某區(qū)域的水來(lái)填充船舶壓載艙，然后再排放至其他區(qū)域。據(jù)估計(jì)，任意一次船舶壓載水中存在7000種物種，并且根據(jù)船舶貿(mào)易路線，在1m3壓載水中容易攜帶超過1億個(gè)浮游生物樣本（Kabler，96）。因此，考慮到航運(yùn)業(yè)每年轉(zhuǎn)移類似壓載水100億噸，將會(huì)導(dǎo)致巨大的入侵風(fēng)險(xiǎn)。

大多數(shù)非本土物種確實(shí)會(huì)造成有害的生態(tài)影響，僅英國(guó)就擁有超過2000種外來(lái)物種穩(wěn)定存在。而據(jù)政府評(píng)估，這將使英國(guó)每年耗費(fèi)17億英鎊，而美國(guó)則耗費(fèi)高達(dá)1370億美元，這對(duì)全球經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的問題！

在海洋環(huán)境中，水生物種很容易生存并發(fā)展，控制和在技術(shù)上十分具有挑戰(zhàn)性，所以預(yù)防就顯得尤為重要。

產(chǎn)品介紹

CTG FastBallast壓載水合規(guī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)IMO D2和USCG排放標(biāo)準(zhǔn)（10~50μm范圍）確定壓載水的浮游植物細(xì)胞密度。FastBallast的設(shè)計(jì)使其可以快速、詳細(xì)的分析，是可以在流動(dòng)模式下，提供持續(xù)、實(shí)時(shí)更新的排放合規(guī)性監(jiān)測(cè)技術(shù)。因此可以大大增加分析水樣，提供更具代表性的檢測(cè)結(jié)果。                    

                     (圖 FastBallast便攜式壓載水合規(guī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng))

長(zhǎng)期以來(lái)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到壓載水作為用于轉(zhuǎn)移有害生物的載體。為解決物種入侵問題，國(guó)際海事組織成立了“壓載水管理公約，2004”成立，并在世界采用。公約規(guī)定壓載水排放不得超過10 cells/mL，最小尺寸為10~50 μm。因?yàn)檫@個(gè)尺寸范圍主要為浮游植物，活性葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定被廣泛視為理想的監(jiān)測(cè)方法。FastBallast活性葉綠素?zé)晒庥?jì)提供船上合規(guī)性測(cè)試，而其他大多數(shù)系統(tǒng)只能提供指示性結(jié)果。

表1 FastBallast提供船上合規(guī)性測(cè)試

工作原理

FastBallast利用活性熒光測(cè)量方法，LED光直接照射樣品腔，樣品中的浮游植物會(huì)在光照射下進(jìn)行光合作用，高靈敏度的探測(cè)器會(huì)檢測(cè)僅發(fā)生于活體浮游植物中的光合作用信號(hào)—可變熒光，可變熒光的量即可反應(yīng)樣品中浮游植物的狀態(tài)。光合作用的強(qiáng)弱反映了所有浮游植物的生存狀態(tài)，能夠有效地反映浮游植物是否存活。FastBallast中的熒光測(cè)量方法是專門針對(duì)壓載水監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的，用來(lái)監(jiān)測(cè)排放出的壓載水是否達(dá)標(biāo)。

Chelsea technologies group開發(fā)的FastBallast采用多波長(zhǎng)激發(fā)光，確保大小不同的浮游植物群體在光照下釋放熒光，每個(gè)檢測(cè)過程只需要幾百個(gè)微秒，確保夠在快速流動(dòng)的通道內(nèi)完成高頻率監(jiān)測(cè)。用高靈敏度的FastBallast快速壓載水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)活體浮游植物的可變熒光，此方法能夠滿足IMO D2 和USCG排放標(biāo)準(zhǔn)（10~50 μm）。

細(xì)胞大小影響

表2 數(shù)據(jù)表明FastBallast分析與細(xì)胞大小無(wú)關(guān)

表2說(shuō)明了不同大小和物種的細(xì)胞如何顯著影響指示性試驗(yàn)的結(jié)果。對(duì)于T. punctigera（大硅藻），level 1（指示性）試驗(yàn)產(chǎn)生假陽(yáng)性（FAIL結(jié)果應(yīng)該是PASS）。level 2（合規(guī)性）測(cè)試將樣品正確評(píng)估為PASS。用鹽藻（小型綠藻），level 1試驗(yàn)表明細(xì)胞密度低于顯微鏡結(jié)果的25%。level 2測(cè)試更接近，為顯微鏡結(jié)果的85%。

圖1 基于分析結(jié)果的分布圖

圖1顯示了基于表2中2級(jí)監(jiān)測(cè)的分布數(shù)據(jù)（可變熒光，F(xiàn)v）。盡管兩個(gè)樣品Fv值相差不大，但是T. punctigera物種的Fv值范圍明顯比D.salina高出許多倍。這種差異是由樣品的泊松分布引起的，同時(shí)也為FastBallast用于與細(xì)胞大小無(wú)關(guān)的2級(jí)測(cè)試方法提供了基礎(chǔ)。

FastBallast VS 指示性監(jiān)測(cè)

如果使用其他基于熒光方法的系統(tǒng)進(jìn)行指示性監(jiān)測(cè) （level 1），則必須提前假設(shè)每個(gè)細(xì)胞的熒光產(chǎn)量，而由于不同大小和種類的細(xì)胞發(fā)射的熒光變化非常大，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大誤差。FastBallast level 1（指示性）測(cè)試可為樣品是否合規(guī)提供快速指示（2分鐘內(nèi)）。如果level 1測(cè)試產(chǎn)生的PASS/FAIL結(jié)果在IMO D2規(guī)范閾值的4%和4000%之間，則會(huì)自動(dòng)觸發(fā)level 2（合規(guī)性）測(cè)試。FastBallast level 2測(cè)試結(jié)果與在岸上的分析測(cè)試一樣準(zhǔn)確，且具有高置信度。

圖3 FastBallast的監(jiān)測(cè)方法

壓載水排放最終分析系統(tǒng)

FastBallast為IMO D2規(guī)范限制下的船上壓載水監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)超敏感的解決方案。通過采用Single Turnover One Pulse檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)高采樣率，使FastBallast比常見的（Multiple Turnover）PAM方法更適合分析接近IMO D2閾值的低密度浮游植物細(xì)胞。當(dāng)分析樣品時(shí)，F(xiàn)astBallast首先啟動(dòng)1級(jí)指示性測(cè)試（level 1），耗時(shí)不到2分鐘。如果產(chǎn)生明確的ASS/FAIL結(jié)果（即PASS：小于IMO D2閾值的4%；FAIL：大于IMO D2閾值的4000%），則停止測(cè)試并報(bào)告結(jié)果。若初始監(jiān)測(cè)結(jié)果在閾值的4%~4000% 范圍內(nèi)，F(xiàn)astBallast會(huì)自動(dòng)進(jìn)行2級(jí)測(cè)試（level 2），用時(shí)不到8分鐘。

與其他需要大量樣品的熒光方法相比，基于分布的FastBallast 2級(jí)測(cè)試不需要假設(shè)每個(gè)細(xì)胞的熒光量，在0~100 cells/mL范圍內(nèi)估算的細(xì)胞密度值與顯微鏡檢測(cè)結(jié)果相比在允許誤差范圍內(nèi)。

使用FastBallast的2級(jí)測(cè)試，絕對(duì)不可能出現(xiàn)假陰性結(jié)果，也幾乎不可能出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。為了允許潛在變化以符合法規(guī)，F(xiàn)astBallast還包含四個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)，為測(cè)量藍(lán)藻提供更大的靈活性。

應(yīng)用范圍

壓載水處理系統(tǒng)（BWTS）制造商

輪船公司

港口管理者

壓載水監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

針對(duì)IMO D2標(biāo)準(zhǔn)（最小尺寸為10~50 μm）提供快速的船上合規(guī)性監(jiān)測(cè)

檢測(cè)限<1 cell/mL

細(xì)胞密度測(cè)量不受大小影響

通過使用20 mL的攪拌體積/分析足夠多的水樣來(lái)獲得更具代表性結(jié)果，克服了接近IMO D2標(biāo)準(zhǔn)閾值水樣的靜態(tài)采樣問題

超低水平的假陰性和可忽略的假陽(yáng)性結(jié)果

寬動(dòng)態(tài)范圍提供了對(duì)背景熒光的高耐受性（來(lái)自死細(xì)胞、CDOM和其他來(lái)源）

高水平的濁度排除

可以與任何壓載水處理系統(tǒng)進(jìn)行集成（固定式）

不需要消耗試劑或樣品制備

工作周期長(zhǎng)（大于兩年）

監(jiān)測(cè)方案

操作流程（加水即成）：

1. 使用附帶的量杯將20 mL壓載水倒入樣品室

2. 在觸摸板顯示屏上按“Run Test”

3. 根據(jù)樣品與IMO D2閾值的接近程度，測(cè)試需要1~8分鐘

4. 測(cè)試結(jié)果包括 Pass/Fail，置信水平和細(xì)胞密度（細(xì)胞/ mL）

便攜式壓載水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用靜態(tài)監(jiān)測(cè)模式，用于抽樣測(cè)試，適用于港口國(guó)管理以及船舶工程師確定其壓載水處理系統(tǒng)（BWTS）是否運(yùn)行正常。這提供了一個(gè)自動(dòng)化和便攜式的測(cè)試，適用于快速，船上現(xiàn)場(chǎng)檢查分析，適合非技術(shù)人員使用。使用所提供的量杯將20ml樣品倒入樣品室中， FastBallast將在4分鐘內(nèi)產(chǎn)生準(zhǔn)確的細(xì)胞計(jì)數(shù)。這可以在觸摸板顯示屏上通過FabTest應(yīng)用按鍵“Run Test”來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)果會(huì)通過準(zhǔn)確的細(xì)胞計(jì)數(shù)對(duì)比IMO D2規(guī)范顯示為Pass/Fail，過程無(wú)需過濾。

數(shù)據(jù)通過儀器內(nèi)部存儲(chǔ)記錄，可以通過USB或以太網(wǎng)下載，以便在檢查前將報(bào)告發(fā)送到岸上。觸摸顯示屏還可以提供更詳細(xì)的樣品評(píng)估報(bào)告，包括圖形信息，細(xì)胞尺寸分布，船名，測(cè)試名稱，位置，測(cè)試的壓載艙，日期和時(shí)間等詳細(xì)信息。

技術(shù)參數(shù)