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

簡介

FastBallast壓載水合規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)專為滿足IMO D2和USCG排放標準而設(shè)計，可在船舶壓載水排放過程中實時監(jiān)測浮游植物細胞密度，以確保符合環(huán)保要求。該系統(tǒng)采用先進的熒光測量技術(shù)，能夠在幾秒內(nèi)快速識別活體浮游植物，從而有效防止海洋入侵物種的傳播。此外，F(xiàn)astBallast具備高靈敏度和準確性，能夠適應(yīng)各種細胞大小，避免假陰性和假陽性的錯誤判斷。它不僅適用于船舶公司和港口管理者進行定期檢測，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)測解決方案。

背景介紹

“外來物種"指的是非本地生態(tài)系統(tǒng)的任何物種，在美國被合法定義為“外來物種"，其引入可能對經(jīng)濟、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)進入了“地球上第六次大規(guī)模物種滅絕"，這是一個需要我們注意的嚴重問題。

船舶壓載水是海洋入侵物種的最大載體之一，用某區(qū)域的水來填充船舶壓載艙，然后再排放至其他區(qū)域。據(jù)估計，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1億個浮游生物樣本（Kabler，96）。因此，考慮到航運業(yè)每年轉(zhuǎn)移類似壓載水100億噸，將會導(dǎo)致巨大的入侵風(fēng)險。

大多數(shù)非本土物種確實會造成有害的生態(tài)影響，僅英國就擁有超過2000種外來物種穩(wěn)定存在。而據(jù)政府評估，這將使英國每年耗費17億英鎊，而美國則耗費高達1370億美元，這對全球經(jīng)濟來說是一個巨大的問題！

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)測系統(tǒng)能夠根據(jù)IMO D2和USCG排放標準（10~50μm范圍）確定壓載水的浮游植物細胞密度。FastBallast的設(shè)計使其可以快速、詳細的分析，是可以在流動模式下，提供持續(xù)、實時更新的排放合規(guī)性監(jiān)測技術(shù)。因此可以大大增加分析水樣，提供更具代表性的檢測結(jié)果。                    

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

長期以來，人們已經(jīng)認識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。因為這個尺寸范圍主要為浮游植物，活性葉綠素?zé)晒鉁y定被廣泛視為理想的監(jiān)測方法。FastBallast活性葉綠素?zé)晒庥嬏峁┐虾弦?guī)性測試，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)性測試

工作原理

FastBallast利用活性熒光測量方法，LED光直接照射樣品腔，樣品中的浮游植物會在光照射下進行光合作用，高靈敏度的探測器會檢測僅發(fā)生于活體浮游植物中的光合作用信號—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中的熒光測量方法是專門針對壓載水監(jiān)測設(shè)計的，用來監(jiān)測排放出的壓載水是否達標。

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

細胞大小影響

表2 數(shù)據(jù)表明FastBallast分析與細胞大小無關(guān)

表2說明了不同大小和物種的細胞如何顯著影響指示性試驗的結(jié)果。對于T. punctigera（大硅藻），level 1（指示性）試驗產(chǎn)生假陽性（FAIL結(jié)果應(yīng)該是PASS）。level 2（合規(guī)性）測試將樣品正確評估為PASS。用鹽藻（小型綠藻），level 1試驗表明細胞密度低于顯微鏡結(jié)果的25%。level 2測試更接近，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級監(jiān)測的分布數(shù)據(jù)（可變熒光，F(xiàn)v）。盡管兩個樣品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，同時也為FastBallast用于與細胞大小無關(guān)的2級測試方法提供了基礎(chǔ)。

FastBallast VS 指示性監(jiān)測

如果使用其他基于熒光方法的系統(tǒng)進行指示性監(jiān)測 （level 1），則必須提前假設(shè)每個細胞的熒光產(chǎn)量，而由于不同大小和種類的細胞發(fā)射的熒光變化非常大，結(jié)果會產(chǎn)生很大誤差。FastBallast level 1（指示性）測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，則會自動觸發(fā)level 2（合規(guī)性）測試。FastBallast level 2測試結(jié)果與在岸上的分析測試一樣準確，且具有高置信度。

圖3 FastBallast的監(jiān)測方法

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)測提供了一個超敏感的解決方案。通過采用Single Turnover One Pulse檢測方法實現(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胞。當分析樣品時，F(xiàn)astBallast首先啟動1級指示性測試（level 1），耗時不到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%），則停止測試并報告結(jié)果。若初始監(jiān)測結(jié)果在閾值的4%~4000% 范圍內(nèi)，F(xiàn)astBallast會自動進行2級測試（level 2），用時不到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級測試不需要假設(shè)每個細胞的熒光量，在0~100 cells/mL范圍內(nèi)估算的細胞密度值與顯微鏡檢測結(jié)果相比在允許誤差范圍內(nèi)。

使用FastBallast的2級測試，絕對不可能出現(xiàn)假陰性結(jié)果，也幾乎不可能出現(xiàn)假陽性結(jié)果。為了允許潛在變化以符合法規(guī)，F(xiàn)astBallast還包含四個激發(fā)波長，為測量藍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)測機構(gòu)

產(chǎn)品優(yōu)勢

針對IMO D2標準（最小尺寸為10~50 μm）提供快速的船上合規(guī)性監(jiān)測

檢測限<1 cell/mL

細胞密度測量不受大小影響

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

超低水平的假陰性和可忽略的假陽性結(jié)果

寬動態(tài)范圍提供了對背景熒光的高耐受性（來自死細胞、CDOM和其他來源）

高水平的濁度排除

可以與任何壓載水處理系統(tǒng)進行集成（固定式）

不需要消耗試劑或樣品制備

工作周期長（大于兩年）

監(jiān)測方案

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，測試需要1~8分鐘

4. 測試結(jié)果包括 Pass/Fail，置信水平和細胞密度（細胞/ mL）

便攜式壓載水監(jiān)測系統(tǒng)采用靜態(tài)監(jiān)測模式，用于抽樣測試，適用于港口國管理以及船舶工程師確定其壓載水處理系統(tǒng)（BWTS）是否運行正常。這提供了一個自動化和便攜式的測試，適用于快速，船上現(xiàn)場檢查分析，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)生準確的細胞計數(shù)。這可以在觸摸板顯示屏上通過FabTest應(yīng)用按鍵“Run Test"來實現(xiàn)，結(jié)果會通過準確的細胞計數(shù)對比IMO D2規(guī)范顯示為Pass/Fail，過程無需過濾。

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

技術(shù)參數(shù)