Ein Durchflussbelichtungssystem für die Bewertung Schwebstoffe Auswirkungen auf Leben im Wasser

Zusammenfassung

A robust and flexible flow-through exposure system designed to maintain sediment in suspension is presented. The system is used to investigate the effects of suspended sediment on various aquatic species and life stages in the laboratory.

Zusammenfassung

This paper describes the Fish Larvae and Egg Exposure System (FLEES). The flow-through exposure system is used to investigate the effects of suspended sediment on various aquatic species and life stages in the laboratory by using pumps and automating delivery of sediment and water to simulate suspension of sediment. FLEES data are used to develop exposure-response curves between the effects on aquatic organisms and suspended sediment concentrations at the desired exposure duration. The effects data are used to evaluate management practices used to reduce the interactions between aquatic organisms and anthropogenic causes of suspended sediments. The FLEES is capable of generating total suspended solids (TSS) concentrations as low as 30 to as high as 800 mg/L, making this system an ideal choice for evaluating the effects of TSS resulting from many activities including simulating low ambient levels of TSS to evaluating sources of suspended sediments from dredging operations, vessel traffic, freshets, and storms.

Einleitung

Ausbaggerarbeiten verwenden mechanische Methoden, um Bodensedimenten aus Häfen und Fahrrinnen entfernen. Während der Entnahme wird ein Teil des gestörten Sediments in die Wassersäule suspendiert, potentiell und dass das eine Quelle für körperliche Belastung für Wasserlebewesen. Darüber hinaus ausgesetzt wird, werden das Sediment kann, bevor sie sich aus der Wassersäule entfernt von der Dredge durch Umgebungsbedingungen transportiert. Die Kombination dieser beiden Mechanismen bedeutet, dass ein Wasserorganismen in der Nähe eines Betriebs Baggers auftritt können Schwebstoffe ausgesetzt und erleiden nachteilige Auswirkungen. Um die Behebung solcher Bedenken, Umwelt Fenster (saisonal Ausbaggern Einschränkungen) werden routinemäßig als Management - Praxis zu reduzieren oder zu beseitigen Risiko von potenziell schädlichen Auswirkungen von Schwebstoffen aus Baggerarbeiten auf Wasserressourcen ^1,2.

Umwelt Fenster werden am häufigsten gefährdet zu schützen gegründet, bedroht oderkommerziell wertvolle Arten wie Zander (Sander Vitreus) und Amerikanische Auster (Crassostrea virginica) ^3. Die tragende Begründung für die Verhängung von Umwelt Fenster konzentriert sich oft auf , wie Dredge Aktivitäten können potenziell stören körperlich (zB Schwebstoffe) eines Tieres Fähigkeit , einen bestimmten Teil seiner Lebensgeschichte zu vervollständigen. Die Lebensstadien häufig zitiert sind Eier und Larven für Routen Migration offen zu halten für anadromous Art ^3. Allerdings gibt es nur begrenzte Informationen artspezifischen biologischen Wirkungen relevant Schwebstoffe ^4,5 betreffend zur Verfügung zur Verwendung von Umwelt Fenster als Instrument des Risikomanagements informieren.

Aus diesen Gründen wurde die entflieht entworfen, gebaut und verwendet, um die Suspension von Sedimenten zu simulieren und ihre Auswirkungen auf die frühen Lebensstadien von Wasserorganismen zu bestimmen. Entflieht Studien verwenden feinkörnige Sedimentpartikel (dh überwiegend Schluffe,Tone und feinen Sand), die am wahrscheinlichsten in Suspension zu bleiben und am weitesten von der Quelle zu migrieren. Die entflieht der Lage ist, Testfischeier und Larven, aber es kann auch zur Aufnahme anderer Wasserorganismen nachgerüstet werden, ist es eine einzigartige Fähigkeit macht. Die resultierenden biologischen Antwortdaten können dann verwendet werden, um die Auswirkungen von Schwebstoffen zu beurteilen. Die folgenden Verfahren geben einen Überblick darüber, wie kann die Technologie wiederholbar Schwebstoffe Konzentrationen und Effekte Daten aufgebaut und betrieben werden unter Verwendung verschiedener Wasserarten zu erhalten.

Protokoll

Alle entflieht Versuche mit Wirbeltieren unter dem entsprechenden Ingenieur Forschungs- und Entwicklungszentrum (ERDC) Umweltlabor Institutional Animal Care und Verwenden Protokolle durchgeführt wurden.

1. entflieht Module, Wasserbad und Aquaria

1. Erhalten Holzpfosten, Nieten und Sperrholz für das Modul zu bauen. Konstruieren Sie die Module (in Anzahl und Größe) ähnlich wie bei einem Grundwerkbank Forschungsziele zu erfüllen.
   1. Schneiden Sie das Sperrholz (0,127 cm) für den oberen und Regal. Schneiden Sie die Pfosten (10,16 x 10,16 cm) für die Beine. Für die oben, schneiden Sie die Bolzen (5,08 x 10,16), bauen einen Rahmen und befestigen Sie das Sperrholz auf den Rahmen. Schneiden Sie eine Kerbe an der Spitze jedes Schenkels eine Leiste zu schaffen und den oberen Rahmen auf die Beine verschrauben.
   2. Für das Regal, schneiden Sie die Bolzen (5,08 x 10,16), bauen einen Rahmen und befestigen Sperrholz (0,127 cm) auf den Rahmen. Schneiden Sie eine Kerbe aus den Beinen 45 cm vom Boden und Bolzen auf die Beine, um die Regalrahmen. Stellen Sie sicher, Versammlungsplatz und das Niveau ist.
2. Erhalten Wasserbad Tanks aus einem Glasfasertank Hersteller spezialisiert in der Aquakultur-Tanks. Fit in den Modul stehen ein Tank nicht größer als 152 cm lang x 91 cm breit x 61 cm hoch. Inkorporieren zwei 2,54 cm Polyvinylchlorid (PVC) Rutschkupplungen an einem Ende des Behälters durch Faser Verglasen die Kupplungen bündig mit der Innenseite des Tankbodens.
   1. Platz Tank auf dem konstruierten Modulständer mit den Tank Abflüssen das Ende des Stand Wasser zugewandt wird Drain (Abbildung 1). Markieren Sie auf der Sperrholzboden des Ständers, wo die Tanköffnungen befinden.
   2. Schieben Sie den Tank zurück und mit einem 3,175 cm Loch Säge für den Tank Abflüsse in der Sperrholz zwei Löcher geschnitten. Schieben Sie den Tank zurück, so dass die Abläufe in den geschnittenen Löchern sitzen. Schließen Sie einen der Behälter Abflüsse in den Bodenabfluss und die andere mit einem Wasserkühler-Wärmetauscher.
      HINWEIS: In diesem Abschnitt wird davon ausgegangen, eine Sanitärabwasserkanal ist bereits vorhanden.

Abbildung 1. Schematische Darstellung der Fischlarven und Ei - Belichtungssystem (entflieht). Die entflieht ist modular aufgebaut und so transportabel ist. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2 : Behälter aus Polyethylen. A 19 L gewölbten Boden Polyethylenbehälter, der die Ablaufrinne (oben, mit Siebeinsatz; 1.3.1; 5.6.1) zeigt, Schlammwasserzulauf (rechten Ellbogen; 1.3.2), Pumpenausgang (Mitte unten, 1.3.3), Pumpeneinlass (nicht in der Mitte unten; 1.3.4), OBS-Sonde und Klemme (4.1) und unteren Bildschirm (schwarzer Ring unten; 5.6.1). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version t anzuzeigenseine Figur.

3. Besorgen Sie sich einen 19 L gewölbten Boden Behälter aus Polyethylen (27,9 cm Durchmesser x 36,2 cm Höhe).
   1. Um einen Überlauf-Drain konstruieren, verwenden Sie ein Loch Säge und schneiden Sie ein 2,54 cm Durchmesser Loch 5 cm von der Oberseite des Tanks. Installieren eines Schotts Fitting und einem Einsatz an der Außenseite der Trennwand als Überlauf-Drain dienen.
   2. Um den Schlamm / Wassereinlass konstruieren, verwenden Sie ein Loch Säge und schneiden eine andere Durchmesser von 2,54 cm Loch 5 cm von der Spitze des Aquariums. Installieren Sie ein anderes Schottverschraubung und einen Einschraubwinkel -Schlaucholive (Abbildung 2).
   3. Um die Pumpenausgang bauen, verwenden Sie ein Loch Säge und schnitt einen Durchmesser von 2,54 cm Loch durch die Mitte des Tankbodens und installieren Sie eine Schottverschraubung. Führen Sie die Außenseite der Trennwand mit einem Elbow Schlaucharmatur.
   4. Um die Pumpeneinlass konstruieren, eine Stichsäge verwenden und einen anderen Durchmesser von 2,54 cm Loch geschnitten Mitte des Tankbodens befindet sich ab und sehen eine Schottverschraubung installieren. Führen Sie die Außenseite desSchott mit einem Ellbogenschlaucharmatur.
4. Auf der Außenseite des Wasserbadtank messen 9 cm vom Boden und eine Linie entlang der Länge des Tanks zu ziehen. Im Anschluss an die Linie und mit einer Lochsäge, schneiden Sie ein Paar von 2,54 cm Durchmesser Löcher entlang der Länge des Wasserbades für jedes Aquarium (insgesamt 10 Löcher; gleichmäßig verteilen). Installieren Schottverschraubungen.
5. Erhalten Magnetpumpen (maximale Durchflussmenge 28 l / min) für Wasser in Aquarien Umwälzen und Suspensions Sedimenten. Montieren Sie die Pumpen auf einen Stand, der unter dem Wasserbad an der Seite passen die Löcher für den Anschluss an den Aquarien enthält. Installieren Sie einen Inline-Kabelschalter für jede Pumpe oder ein Draht um die Pumpen zu einem Schaltkasten für die Macht.
6. Führen Sie die Außenseite des Wasserbades Tankschotte mit Schlauchtüllen. Bringen Vinyl Schlauch an der Pumpe Einlass und Auslass und schließen Sie es an den Schotten an den entsprechenden Aquarium gehen. Im Inneren des Wasserbades eine Schnelltrenneinsatz in der Trennwand zu installieren.
7. Legen Sie die Aquarien in das Wasserbad in zwei Reihen; mit drei Aquarien in einer Reihe entlang der Länge des Wasserbades und die restlichen Aquarien in der zweiten Reihe (3) angeordnet sind .

Abbildung 3. Wasserbad. Überblick über ein Wasserbad mit fünf Aquarien in zwei Reihen angeordnet sind. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

8. Schließen Sie jedes Aquarium mit einer Pumpe. Bringen Sie Vinylschlauch an den Schlauchwiderhaken an der Unterseite der Aquarien installiert und heften sich an schnellen -Schlaucholive trennen Ventil. Schließen Sie die Schnellkupplungen zwischen der Pumpe und Aquarium. Installieren Sie einen Kugelhahn in diesem Zusammenhang die Pumpe zu Wartungszwecken zu isolieren.
9. Schließen Sie jedes Überlauf-Drain Aquarium zu einem gemeinsamenDrain über Vinyl-Schlauch. Schließen Sie den gemeinsamen Drain mit dem Wasserbad abtropfen lassen.
10. Schließen Sie jeden Schlicker / Wassereinlass des Aquariums zu dem Schlamm und Wasser-System auf der Oberseite des Moduls installiert.
11. Berg zwei Leuchtdiode Spannvorrichtungen für den Einsatz im Aquarium entwickelt, etwa 60 cm über den Aquarien in jedem Modul. Verwenden Sie eine leichte Steuerung (drahtlos an den Lichtern verbunden) , um die Lichtintensität, Lichtfarbe zu variieren, und Lichtzyklus (zB 16 h Licht: 8 . H dunkel) zu experimentellen Anforderungen erfüllen.
12. Installieren Sie einen Timer im Labor Umgebungslicht zu steuern.

2. Slurry-System

1. Setzen Sie einen 450 L Kegel-Boden Behälter aus Polyethylen mit Deckel und stehen am Ende des letzten Moduls in der Leitung (beide Enden können verwendet werden) als Schlammreservoir zu dienen. Montieren Sie eine kleine Tauchpumpe im Tank das Sediment / Wasser-Schlamm zu schaffen. Installieren Sie einen Wasserkühler Wärmetauscher neben dem Tankschlammtemperatur zu steuern. Verwendung einerLoch sah, schneiden Sie ein 2,54 cm großes Loch in der Tankabdeckung Zugang zu einem Trübungssensor zur Verfügung zu stellen für die Überwachung des Schlamms (Abbildung 4).

Abbildung 4. Gülletank. Kegel-Boden Schlammbehälter mit Deckel und Poly Ständer. Schlammwassertemperatur wird durch Wasserkühler gesteuert befindet sich auf dem Boden des Ständers links. Der Tank ist mit einer Luftdoppelmembranpumpe (links vorne) betrieben Aufschlämmung zu jedem Aquarium zu schaffen, (2.2). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

2. Montieren Sie einen luftbetriebenen Doppelmembranpumpe auf einem Ständer neben dem Schlammtank. Schließen Sie den Schlammtank Drain mit dem Pumpeneinlass. Integrieren Sie eine PVC-T-Stück (Direkt Schlamm zu der Pumpe oder zum Labor Drain) und Ventile Connect der Tank mit der Pumpe in den Tank und die Pumpe für die Wartung zu isolieren. Um die Pumpe einschalten, schließen Sie es an den Luftkompressor des Laborgebäudes.
3. Um Schlamm zu jedem Aquarium auf Anfrage liefern, montieren PVC-Rohr auf der Oberseite der Module und eine Zirkulationsleitung erstellen. An der Stelle der Verwendung der am weitesten von dem Schlamm Reservoir befindet, installieren Sie eine Rücklaufleitung nicht verwendete Schlamm zu dem Reservoir zurück zu transportieren. Verwenden Sie flexible PVC und Anschlussverschraubungen zwischen den Modulen zu verbinden.
4. Schließen Sie die Slurry-Magnetventile an den Umlaufschlammrohr mit T-Stücken, Kugelhähne und Anschlussverschraubungen, zu isolieren Magnete aus dem Haupt PVC-Rohr für die Wartung. Sicherstellen, dass die Magnetventile sind über dem Aquarium entfernt, es beliefern wird.
5. Verwendung einer Lochsäge, geschnitten 2,54 cm Durchmesser Löcher in der Oberseite des Moduls jedes Magnetventil an den entsprechenden Aquarium zu verbinden.
6. Schließen Sie das PVC-Rohr an der Oberseite des Moduls in der Nähe der Schlammtank zum luftbetriebenen Pumpe flexible PVC und Anschlussverschraubungen. Schließen Sie die Rücklaufleitung an die Spitze des Güllefasses.
7. Um die Menge des Schlamms durch das Magnetventil eingeführt, das über eine Wasserdruckregler in der Rückleitung zu installieren. Stellen Sie den gewünschten Druck zu erzeugen.

3. Wasserversorgung

1. Installieren Sie einen zweiten Behälter aus Polyethylen aus dem entsprechenden Volumen (zB 500 L) mit Deckel und stehen als Wasserspeicher dienen. Installieren Sie einen Wasserkühler Wärmetauscher neben dem Tank Wassertemperatur zu steuern. Montieren Sie eine Magnetkupplungspumpe neben dem Wassertank. Schließen Sie den Wassertank und Pumpe wie in Abschnitt 2.2 beschrieben.
2. Um Wasser zu jedem Aquarium auf Anfrage liefern, montieren PVC-Rohr auf der Oberseite der Module und eine Zirkulationsleitung erstellen. Montieren Sie das PVC-Rohr höher als die Schlammumlaufrohr. An der Stelle der Verwendung der am weitesten von dem Wasserbehälter befindet, installieren Sie eine Rücklaufleitung zum Reservoir nicht verwendete Wasser zu transportieren zurück. Verwenden Sie flexible PVC und union Armaturen zwischen den Modulen zu verbinden.
3. Schließen Sie die Wassermagnetventile an den Umlaufwasserleitung mit T-Stücken, Kugelhähne und Anschlussverschraubungen Magnetspulen von der Haupt PVC-Rohr zu isolieren, für die Wartung. Montieren der Magnete hinter und höher als der Aufschlämmung Magnetventil. Schließen Sie das Wassermagnetventil zu dem Schlamm Magnetventil über Vinylrohr und Schlauch Schlauchtüllen, so dass, wenn das Wasser Magnet schaltet es auswaschen wird Brei verbleibenden von der Linie.
4. Schließen Sie das PVC-Rohr an der Oberseite des Moduls in der Nähe von dem Wasserbehälter zur Wasserpumpe mit Weich-PVC und Anschlussverschraubungen. Schließen Sie die Rücklaufleitung an die Spitze des Wasserreservoirs.
5. Um die Menge an Wasser einzustellen durch das Magnetventil eingeführt, einen Wasserdruckregler in der Rückleitung zu installieren. Stellen Sie den gewünschten Druck zu erzeugen.

4. Sensoren, Datenerfassung, Gerätesteuerung und Automation

1. Installieren Sie einen optischen Rückstreusensor(OBS) in jedem Aquarium neben dem Schlamm / Wassereinlass zu messen Trübung (nephelometrische Trübungseinheiten, NTU). Positionierung des Sensors so, daß er eingetaucht ist etwa 5 cm unterhalb der Wasseroberfläche mit dem Sensor zugewandt der Mitte des Tanks. . Benutzen Sie einen Haken oder ein anderes Gerät an den Sensor montieren.
2. Mit Hilfe einer Stichsäge, Bohrmaschine mindestens zwei 2,54 cm Durchmesser Zugangslöcher in der Oberseite jeder Modulständer Zugang von OBS Kabel an elektrischen Anschlussdosen zu ermöglichen, auf der Oberseite jedes Moduls montiert.
3. Installieren eines OBS in dem Schlamm Reservoir und positionieren Sie den Sensor so, dass es vollständig etwa 20 cm unter der Wasseroberfläche eingetaucht ist.
4. Verbinden Sie die Wasser- und Schlammmagnetventile, die OBS in jedem Aquarium und Schlammtank befindet, und ein Thermoelement in jedem Wasserbad befand, in elektrische Anschlusskästen montiert auf der Oberseite des Moduls und mit einem Datenerfassungsgerät. Installieren Schnellkupplungen an den Enden aller Verdrahtung wo immer möglich.
5. Verwenden Sie ein System-Design platForm und Entwicklungsumgebung eine EDV - Anwendung für die Datenerfassung, Gerätesteuerung und Automatisierung ⁶ zu entwerfen. Mit diesem Programm entwerfen einer Anwendung, die OBS und Magnetventile zur Messung von Trübung und die Einführung von Gülle und Wasser in jedes Aquarium zu integrieren.
6. Um eine Vielzahl von NTU Belichtungsregelungen schaffen, gestalten das Programm zu erstellen , individuelle Profile für jedes Aquarium ^6. Erstellen Sie eine Registerkarte und grafische Benutzeroberfläche (GUI) für die Programmierung Aquarium Profile. Beschriften Sie die Registerkarte "Profile".
   1. Programmieren Sie die Software zur Steuerung des Belichtungsdauer in Minuten für jedes Aquarium. Integrieren Sie eine Loop-Sequenz kontinuierlich Expositionsdauer Anweisungen wiederholen, bis eine bestimmte Bedingung als Länge der Zeit, so erreicht wird. Integrieren Sie eine Iteration zu steuern, wie oft die Schleife wiederholen, bevor sie beendet oder auf den nächsten Satz von Anweisungen zu bewegen.
   2. Programmieren Sie die Software einen NTU-Ebene in jedem Aquarium zu setzen. Integrieren Sie die NTU level in die gleiche Schleife / Iterationsfolge Steuerung Expositionsdauer. Mit dieser Funktion können eine Vielzahl von Belichtungsregelungen zu schaffen (zB kontinuierlich, gepulst oder keine Exposition) für bestimmte Zeiträume.
   3. Programmieren Sie die Software , um die Öffnungszeit des Wassersystems Magnetventile zu steuern , um in Sekunden Wasser in jedes Aquarium einzuführen (zB 10 s für Aquarium 1, 25 s für Aquarium 2, etc.). Integrieren Sie die Wasser-Magnet mal in die Schleife / Iterationsfolge Steuerung Expositionsdauer und NTU Ebenen öffnen.
   4. Gestalten Sie das Programm, um alle Schritte unter 4.4 als "Profil" speichern für jedes Aquarium. Fügen Sie die Möglichkeit, einen Benutzer daran zu erinnern, gespeicherten Profile zu ermöglichen.
7. Erstellen Sie einen neuen Tab und GUI. Beschriften Sie die Registerkarte "Profil-Status '. Design-GUI noch eine Live-Zusammenfassung des aktuell geladenen Profil einschließlich aktiven Loop-Sequenz, die Testzeit abgelaufen ist, und die Testzeit angezeigt werden soll.
8. Erstellen Sie einen neuen Tab und GUI fürEinstellen Wasser und Schlammsystem Magnetventil Werte. Beschriften Sie die Registerkarte 'Ventil Setup'.
   1. Programmieren Sie ein Wasserventil Zyklusintervall in Sekunden. Gestalten Sie dieses Intervall als Loop-Sequenz verwendet, um die Zeit zwischen den Ereignissen zu setzen, wenn alle Wassersystem Magneten nacheinander öffnen (in Schritt 4.4.3 der Benutzer programmiert, wie lange jedes Ventil geöffnet bleibt). Programmieren Sie ein Wasserventil Verzögerung in Sekunden. Verwenden Sie die Verzögerungsfunktion , die Zeit zwischen den Ventilen zu setzen Öffnung (zB 2 s nach vorheriger Ventil geschlossen wird nächste Ventil geöffnet).
   2. Programmieren eines Schlamms Ventilzyklusintervall in Sekunden. Gestalten Sie dieses Intervall als Loop-Sequenz, die Zeit zwischen den Ereignissen zu setzen, wenn alle NTU Ebenen durch die OBS in jedem Aquarium gemessen geprüft werden gegen die NTU-Set im Aquarium Profil. Überprüfen Sie die Ventile und Sensoren nacheinander. Wenn ein NTU im Aquarium ist niedriger als das Profil NTU Einstellung programmieren dann den Computer des Schlamms Ventil zu öffnen.
   3. Programmieren eines Schlamms Ventilöffnungszeit in Sekunden. Benutze dasFunktion zu steuern, wie lange ein Ventil geöffnet bleibt, wenn Gülle benötigt wird. Programmieren eines Schlamms Ventilverzögerung in Sekunden. Verwenden Sie die Verzögerung der Zeit zwischen Ventilöffnungen zu setzen.
      HINWEIS: Sicherstellen, dass die Zyklusintervall (Schritt 4.6.1 und 4.6.2) ist lang genug für die Wasser- und Schlamm Einführungen zu ermöglichen, bevor nächste Schleife beginnt.
   4. Erstellen von Schaltflächen manuell ein- / ausschalten jedes Wasser und Schlammsystem Wasserventil.
9. Erstellen Sie einen neuen Tab und GUI für die Einrichtung der OBS-Sensoren in jedem Aquarium und Schlammtank (N = 16). Beschriften Sie die Registerkarte "OBS Setup '. Geben Sie jedem OBS einen Namen.
   1. Erstellen Sie eine Funktion zur Eingabe von Daten aus dem Test-Zertifikat des OBS Hersteller Korrekturen für jedes OBS zu berechnen. Geben Sie den Standard-NTU niedrig (niedrigste NTU aufgezeichnet) und Standard-NTU hoch (höchste NTU aufgezeichnet) sowie den Spannungsbereich für den niedrigen und hohen NTU.
10. Erstellen Sie einen neuen Tab und GUI für jedes Aquarium Echtzeit NTU-Messungen und NTU Einstellung angezeigt werden sowiewie Wassertemperatur in jedem Wasserbad. Erstellen Sie eine Schaltfläche zum Starten / alle Profile zu stoppen. Erstellen Sie die Möglichkeit, individuell unterbrechen oder ein individuelles Profil zu stoppen.
    1. Erstellen Sie eine Funktion Wassertemperaturwerte für jeden Wasserbad, NTU Einstellungen und Messungen für jedes Aquarium und Zeitstempeldaten in eine Tabelle zu protokollieren. Beschriften Sie die Registerkarte "Wasserbad".

5. Experimentelle Vorbereitung

1. Sammeln Sediment aus einem Gebiet regelmäßig ausgebaggert Fahrrinnentiefe zu erhalten, in unmittelbarer Nähe zu Arten betreffen, und bekannt ist, Verunreinigungen aus der Vergangenheit zu fehlen. Sammeln Sie das Sediment einen Greifer Sampler oder einem ähnlichen Gegenstand (zB Van Veen). Legen Sediment in 19 L Plastikeimer und Schiff über Nacht auf Eis. Store Sedimenten bei 4 ° C bis zur Verwendung.
2. Feuchtsieb Sediment durch ein 1 cm-Bildschirm große Trümmer zu entfernen; dann Sieb durch ein 450-Mikron-Sieb aus rostfreiem Stahl. Retain feinkörnig (feinen Sand, Schluff und Ton)Partikel durch das Sieb für die experimentelle Verwendung übergeben.
3. Analysieren gesiebten Sedimente für die chemische Verunreinigung (zB Metalle, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Biphenyle, etc. Für analytische Methoden finden Sie USEPA ^7). Charakterisieren Sie physikalisch - chemischen Parameter wie Korngrößenverteilung (Prozent Sand Schluff und Ton), pH - Wert, Salzgehalt, organischer Kohlenstoff und organischer Substanz ⁸ bis Studie Anforderungen erfüllen.
4. Identifizieren Sie die Expositionsdauer (zB 72 h) und TSS - Konzentrationen (zB 0, 100, 250 und 500 mg / l) , basierend auf vorhandenen Daten oder andere Informationen , um die Schwebstoffe von Interesse zu charakterisieren.
   HINWEIS: Verwenden Sie TSS als Belichtungs Konzentration statt NTU. TSS quantifiziert die Masse der Teilchen, die in der Wassersäule und bezieht sich direkt auf physikalische und Verhaltenswirkungen wie Abrasion, Orientierungsverlust und reduzierte Fütterung von einigen Organismen aufwies.
5. Stellen Sie die NTU-TSS relationship für jedes entflieht Aquarium.
   1. Schalten Sie alle Hardware entflieht verwendet für die Datenerfassung, Gerätesteuerung und Automatisierung. zuweisen Randomly TSS Behandlungen Aquarien flüchtet eine Zufallszahlentabelle oder andere geeignete Verfahren. Im Profil GUI, erstellen Sie ein Profil für jedes Aquarium eine 72 Stunden (4320 Minuten) eine kontinuierliche Exposition unter Verwendung der zugeordneten TSS Konzentrationen aus dem Zufallszahlentabelle erzeugt auszuführen.
   2. Verwenden Sie ein professionelles Urteil zunächst NTUs so programmieren, dass TSS Konzentrationen in jedem Aquarium erfüllen. Für die Steuerung (0 mg / l TSS) den NTU auf 0; 100 mg / l TSS stellen Sie die NTU bis 100; 250 mg / l TSS stellen Sie die NTU bis 280; und 500 mg / l TSS stellen Sie die NTU bis 600.
      HINWEIS: Jede OBS Sonde etwas andere Lesart NTU haben, die zur Herstellung der Sonde inhärent ist.
   3. Stellen Sie die Öffnungszeit für Wassersystem-Magnetventile bis 10 s für jedes Aquarium.
   4. Profil speichern für jedes Aquarium.
   5. Auf der Ventil Registerkarte Setup-Programm das Wasser und GülleVentilzyklusintervall. Stellen Sie den Wasserkreislauf-Intervall für 600 s und Wasserventil Verzögerung für 5 s. Stellen Sie den Slurry Zyklusintervall für 180 s, Öffnungs für 3 s und Verzögerung für 1 s.
      HINWEIS: Mit diesem Programm in einem 72 h Test der NTU in jedem Aquarium wird 1.440 mal vom Computer überprüft werden, um zu bestimmen, ob zusätzliche Brei wird und die Ventile Wasser eingeführt werden 432 mal öffnen. Slurry Ventilöffnungen sind mit zunehmender NTUs positiv korreliert. Typischerweise bei 100 mg / l Schlammventile öffnen für insgesamt ca. 5% der Expositionsdauer oder 72 Öffnungen; 250 mg / L ≈ 11% (158 Öffnungen); und 500 mg / L ≈ 35% (504 Öffnungen). Zur gleichen Volumen Austausch zwischen den Aquarien stellen Sie die Öffnungszeit der Wassermagnetventile für Aquarien zugeordnet unteren NTU. Dies wird bei niedrigeren NTU in erhöhter Schlammventilöffnungen führen.
   6. Füllen Sie den Schlammtank mit Kohle filtriert Laborwasser. Pumpe starten zu Wasser umwälzen. In einem separaten Behälter, verwenden Sie einen mechanischen Mischer und homogenisieren test Sediment.
   7. Nachdem das Sediment homogenisiert wird, entfernen Sie in den Güllebehälter mit einem abgestuften Polypropylen-Becher einen kleinen Teil (≈500 ml) und einzuführen. Weiter Sediment einzuführen, bis 1000 NTU erreicht wird.
   8. Im Programm finden Sie auf der Registerkarte Wasserbäder und alle Aquarium Profile starten. Betreiben Sie entflieht für mindestens 1 h so NTU in jedem Aquarium stabilisieren können, bevor eine Bewährungssedimentprobe zu sammeln. Schalten Daten der Anmeldung an NTU Messwerte von jedem Aquarium OBS aufzeichnen.
   9. Messen Sie TSS mit drei 100-ml-Wasserproben aus jedem Aquarium gesammelt zugewiesen eine TSS Behandlung <500 mg / l. Getrennt TSS messen von jedem Aquarium eines TSS Behandlung gesammelt unter Verwendung von drei 50 ml Wasserproben von mehr als oder gleich 500 mg / L.
   10. Messen Sie TSS durch Vakuumfilterproben durch vorgewogen 0,45 um Filterpapier. Unmittelbar Nachfilterung, trockne den Filter und den Inhalt bei 105 ° C für mindestens 4 h und dann auf die nächsten 0,1 mg gewogen. Verwenden ter Durchschnitt der drei Proben als Maß für TSS in jedem Aquarium.
   11. Vergleichen Sie erhalten Mittelwerte in Abschnitt 5.5.4 zu den beobachteten NTU-Messungen für jedes Aquarium aufgenommen. Umprogrammieren die NTU Grenzen , bis die gewünschte TSS - Konzentration erreicht wird (z. B. 600 NTU ≈ 500 mg / l TSS).
6. Bestimmen Maschengröße des Bildschirms in jedem Aquarium enthalten Tiere benötigt.
   1. Für größere Tiere wie Fische (z. B.> 3 cm) oder Muscheln Platz ein Bildschirm auf dem Boden zu trennen Tiere aus der Pumpöffnung. Installieren Sie einen Siebeinsatz in der Ablaufrinne Schott Aquarium Flucht zu verhindern.
   2. Enthalten Sie kleine Lebensphasen wie Fischeier, Larven und braten in einer Kammer (10,16 cm Durchmesser (ID) von 12,7 cm lang (1029 ml) aus PVC - Rohr) für in einem entflieht Aquarium Untertauchen (Abbildung 5).
      1. Schneiden drei 8,25 cm breit und 9,52 cm lange Löcher aus der Seite der Kammer. Installieren Nylon Bildschirm Tuch auf dem Bottom der Kammer und auf die Löcher der Seiten schneiden. Verwenden Sie eine PVC-Kappe als abnehmbarer Deckel einzuführen und zu entfernen Versuchstiere.
      2. Schneiden Sie ein kreisrundes Loch in der Kappe ausreichend für die Anzeige von Versuchstiere von oben, während ein Rand zu einem Nylon-Siebgewebe zur Befestigung. Installieren Sie alle Bildschirme auf der Innenseite der Kammer Organismen zu verhindern, die in Kontakt mit den scharfen Kanten PVC.
         HINWEIS: Wählen Sie eine Bildschirmmaschenweite, die Testtiere enthält, während suspendierte Test Sediment ermöglicht einzugeben.
      3. versenken die Kammer vollständig in der Mitte oder an der Seite eines Aquariums von vertikal mit drei kurzen Seillängen (# 18 weiß verdrehten Maurer Linie) und Haken konstruiert aus elektrischen Draht suspendieren. Binden Sie eine Blakes hitch Knoten in der Nähe von jedem Haken und stellen Sie die Länge des Seils in die Kammer zu nivellieren.
7. Ermitteln Sie, wie viele Aquariumbehälter Volumenaustauschungen pro Tag benötigt werden, Projekt und Wasserqualitätsziele zu erfüllen. Passen ter Wasserdruckregler und Magnetöffnungszeit (zB offen alle 10 min 10 s) (siehe Abschnitt 2.2) , um die gewünschte Wassermenge zu erzeugen. Füllen Wasserbäder mit Wasser und Wasserkühler Wärmetauscher arbeiten, um zu bestätigen, dass die Testtemperaturen erreicht und aufrechterhalten werden kann.

Abbildung 5. entflieht Unterkammer. Übersicht einer Belichtungsunterkammer in einem Aquarium ohne Zusatz von Sediment suspendiert (links). Fischlarven der entsprechenden Größe innerhalb der Unterkammer enthalten sein, um die Möglichkeit des Entweichens und die Schädigung (rechts) zu reduzieren. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

6. Experimentelle Verfahren

1. Schalten Sie alle entflieht Hardware für die Datenerfassung verwendet, Instrument eine Steuerungd Automatisierung. Füllen Sie den Aquarien, Wasserbäder und Wasserbehälter mit dem gewünschten Testwasser. Starten Sie alle Wärmetauscher Wasserkühler. Bestätigen Sie und Licht-Zyklus einzustellen.
   1. Füllen Sie den Schlammtank mit Kohlenstoff gefiltertes Leitungswasser. Pumpe starten zu Wasser umwälzen. Verwenden Sie einen mechanischen Mischer und homogenisieren den Behälter von Test Sediment. Nachdem das Sediment homogenisiert wird, einen kleinen Teil (≈500 ml) zu entfernen und in den Schlammtank einzuführen. Weiter Sediment einzuführen, bis 1000 NTU erreicht ist.
   2. Im Profil GUI, erstellen Sie ein Profil für jedes Aquarium eine 72 Stunden (4320 Minuten) kontinuierliche Exposition unter Verwendung der gleichen TSS Zuweisungen in Vorbereitung verwendet auszuführen. Verwenden Sie Daten während der Versuchspräparate erhalten NTUs zu programmieren TSS Konzentrationen in jedem Aquarium zu erfüllen. Für die Steuerung (0 mg / l TSS) den NTU auf 0; 100 mg / l TSS stellen Sie die NTU bis 100; 250 mg / l TSS stellen Sie die NTU bis 280; und 500 mg / l TSS stellen Sie die NTU bis 600.
   3. Auf der Ventil Registerkarte Setup Verwendung von Daten aus preparat erhaltenIon (Abschnitt 5.5.8), um das Wasser und Schlammventilzyklusintervall zu programmieren. Stellen Sie den Wasserkreislauf-Intervall für 600 s und Wasserventil Verzögerung für 5 s. Stellen Sie den Slurry Zyklusintervall für 180 s, Öffnungs für 3 s und Verzögerung für 1 s.
   4. Einführung Tiere in Aquarien Richtlinien, die in der genehmigten Tierpflege und Verwendung Protokoll. Für Eier, übertragen aus dem Vorratsbehälter zu einer Belichtungskammer über eine Kunststoff Transferpipette. Für größere Fische wie Saibling (2-8 cm Gesamtlänge), eine Nylon-Aquarium Netz verwenden.
2. Nach Tiere in Aquarien bestückt sind, Zugriff auf die GUI und in der Registerkarte Wasserbad alle Aquarium Profile starten. Betreiben Sie entflieht für mindestens 1 h so NTU in jedem Aquarium stabilisieren können, bevor eine Bewährungssedimentprobe zu sammeln. Schalten Daten der Anmeldung an NTU Messwerte von jedem Aquarium OBS aufzeichnen.
3. Pflegen Sie flüchtet täglich von Wasser und Schlammbehältern mit Testwasser und Sediment Nachfüllen.
   HINWEIS: Die Häufigkeit der Slurry-Einführungen ist positively korreliert mit NTU Ebenen zu erhöhen. Daher ist die Menge an Wasser und Sediment pro Tag verwendet abhängig von programmierter NTUs und Volumenaustausch erwünscht. Typischerweise kann 25-50 gal entweder jeden Tag von Wasser oder Gülle verwendet werden.
   1. Wischen Sie OBS Sonden täglich mit einem feuchten Tuch Sediment aufbauen auf der Sensoroberfläche zu entfernen. Prüfen Wasserkühlern und Pumpen für den Normalbetrieb. Sammeln gleichzeitige Messungen TSS TSS täglich für den Rest des Tages auf NTU-Messungen aufgezeichnet in bestimmten Abständen durch das Computerprogramm auf Basis vorherzusagen.
4. Temperatur messen, gelöster Sauerstoff, pH-Wert (und andere Parameter in Abhängigkeit von der Art und andere Anforderungen) täglich für jedes Aquarium ein Handmultisonde Wasserqualität Instrument für diesen Zweck verwendet wird.
5. Beenden automatisch ein Experiment durch Expositionsdauer Angabe in jedem Aquarium Profil oder manuell durch alle Aquarien Profile zu stoppen.
6. Bestimmen Sie experimentelle Endpunkte zu be gemessen wie Schlupferfolg, Zeit zu schlüpfen, Mortalität, Wachstum (Länge und Gewicht), und grobe Morphologie.

Ergebnisse

Eine Reihe von Betriebsläufe durchgeführt, bevor ein Experiment beginnen, um sicherzustellen, dass die flüchtet in jedem Aquarium die entsprechenden Konzentrationen von Sedimenten liefert (Abschnitte 5.5 und 6.2). Abbildung 6 zeigt , wie NTU - Konzentrationen werden in der experimentellen Aquarien gehalten Ziel Schwebstoffe Konzentrationen zu erreichen. In diesem Beispiel entflieht bewertet, ob Schwebstoffe über einen Zeitraum von drei Tagen mit dem vorgeschlagenen T...

Diskussion

Die entflieht - Technologie verbessert die auf bestehenden Methoden ^4,9 durch die Aufrechterhaltung und Schwebstoffe Kontrolle über einen weiten Bereich von Belichtungszeiten und Schwebstoffe Konzentrationen eines automatisierten, computergesteuerten System. Die Technologie ist flexibel, so dass es verwendet werden kann, um die Auswirkungen von Schwebstoffen auf mehrere Wassertierarten und Lebensstadien von unterschiedlichen Größen von Eiern an Erwachsene je nach Art zu bewerten. In Zukunft ist die Technol...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Parts List for One FLEES Module, Water Bath, and Aquarium
post, wood - used to build module (cut to 78 in)	Local vendor	N/A	Quantity: 4 Size: 4 in x 4 in x 8 ft
plywood, marine grade - fastened to wooden posts about 18 in off ground - for holding water bath (60 in x 42 in)	Local vendor	N/A	Quantity: 1 Size: 3/4 in x 4 ft x 8 ft
plywood - fastened on top of wooden posts - for holding pipes, solenoids and electrical (60 in x 42 in)	Local vendor	N/A	Quantity: 1 Size: 1/4 in x 4 ft x 8 ft
stud, wood - used to brace plywood and wooden posts (cut to fit)	Local vendor	N/A	Quantity: 4 Size: 2 in x 4 in x 96 in
tank, fiberglass - water bath with two drains: 1) to supply chiller; and 2) to drain water	Hydro Composites, LLC, Stockdale, TX, USA	FBT-226	Quantity: 1 Size: 150-gal
chiller, water with self contained pump - for water bath; chiller sits under module	Remcor Products Co., Glendale Heights, IL, USA	CFF-500	Quantity: 1 Size: 1/2 hp
tank, domed bottom - FLEES aquaria - sit inside water bath	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	5197	Quantity: 5 Size: 19 L
tank, stand - acrylic stand, 12 in x 12 in x 6 in - to hold aquaria	custom built by ERDC shops	N/A	Quantity: 5 Size: custom
pump, magnetic drive - to suspend sediment in each aquarium	March Manufacturing Inc., Glenview, IL, USA	MDX-3-1/2 115 v	Quantity: 5 Size: 28 liter per min
light, LED - installed over water bath	C2 Development, Inc., Ames, IA, USA	Hydra 26	Quantity: 2 Size: based on area to light
pipe, PVC schedule 40 - installed in drain of water bath to control water level	Local vendor	N/A	Quantity: - Size: 1 in
fittings, bulkhead - for aquaria/water bath connections to pumps, drains, water and slurry lines	Lifegard Aquatics, Cerritos, CA, USA	R270900	Quantity: 30 Size: 1/2 in FPT x FPT
fittings, quick-disconnect, male pipe threaded inserts - insert in tank bulkhead	Cole-Parmer, Vernon Hills, IL, USA	EW-31303-36	Quantity: 10 Size: 1/2 in MPT
fittings, quick-disconnect, valved hose barbs - connection between aquarium and insert in tank bulkhead	Cole-Parmer, Vernon Hills, IL, USA	EW-31303-11	Quantity: 10 Size: 1/2 in
fittings, black HDPE threaded elbow - for aquaria vinyl tube connections to slurry/water line and pump	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	62043	Quantity: 20 Size: 1/2 NPT x 1/2 in Hose ID
fittings, black HDPE threaded adapter - for connections between pump and tank bulkhead	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	62017	Quantity: 10 Size: 1/2 NPT x 1/2 in Hose ID
tube, vinyl - connect slurry/water line to aquaria and to connect pumps to aquaria	Local vendor	N/A	Quantity: 25 ft Size: 1/2 in ID
tube, vinyl - connect to aquaria drains inserts and water bath drain	Local vendor	N/A	Quantity: 25 ft Size: 5/8 in ID
clamp, hose, stainless steel - to clamp vinyl tube to hose barbs	Local vendor	N/A	Quantity: 40 Size: #8
Parts List for Slurry System
chiller, water with self contained pump - sits off to side of slurry tank	Remcor Products Co., Glendale Heights, IL, USA	CFF-500	Quantity: 1 Size: 1/2 hp
125 gallon open top cone bottom tank w/Stand - 42 in x 35 in - contains the water and sediment to make slurry	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	8586	Quantity: 1 Size: 125 gal
Cover for 125 gallon tank	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	8935	Quantity: 1 Size: 42 in x 35 in
valve, PVC - connect tank drain to pump - isolate for maintenance	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 2 Size: 1-1/2 in
pump, double diaphragm mounted on stand - used to recirculate slurry	Wilden-pumps.co.uk & Air Pumping Ltd., Essex, UK	P2/PPPP/WF/WF/PTV/400	Quantity: 1 contact distributor
sensor, optical backscatter - measure NTU in slurry tank	Campbell Scientific, Logan, UT, USA	OBS-3+	Quantity: 1 Size: 0-1,000 NTU
pipe, PVC Schedule 40 - to recirculate slurry	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 20 ft Size: 1 in
pipe, flexible PVC - fitted with union and used to connect to next module	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 10 ft Size: 1 in
union, PVC Schedle 80 Socket - connect slurry line with next module	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 8 Size: 1/2 in
solenoid, plastomatic (normally closed) - introduce slurry	Plast-O-Matic Valves, Inc., Cedar Grove, NJ, USA	EASYMT4V12R24-PV	Quantity: 5 Size: 1/2 in NPT threaded, 24 VAC contact distributor
fitting, PVC tee - connect slurry pipe with solenoid	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 1 in x 1 in x 1 in slip x slip x FIPT
fittings, 1 in PVC ball valve threaded - shut off for slurry delivery to solenoid/water lines	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 7 Size: 1/2 in
fittings, 1 in PVC union threaded - connect slurry solenoid to shut off valve	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 1/2 in
tube, vinyl - connection between water solenoid and slurry solenoid	Local vendor	N/A	Quantity: 50 ft Size: 1/4" ID
Parts List for Water System
chiller, water with self contained pump - sits off to side of reservoir	Remcor Products Co., Glendale Heights, IL, USA	CFF-500	Quantity: 1 Size: 1/2 hp
125 gallon open top cone bottom tank w/Stand - 42 in x 35 in - contains the water and sediment to make slurry	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	8586	Quantity: 1 Size: 125 gal
Cover for 125 gallon tank	United States Plastic Corp, Lima, OH, USA	8935	Quantity: 1 Size: 42 in x 35 in
valve, PVC - connect tank drain to water pump	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 2 Size: 1 in
pump, magnetic drive, in-line use - used to recirculate water to aquaria and chiller	Little Giant, Fort Wayne, IN, USA	3-MD-SC	Quantity: 1 Size: 1/12 hp
solenoid, alco - introduce water	discontinued; ASCO, Florham Park, NJ,USA for similar	N/A	Quantity: 5 Size: 24 v, 1/4 in NIPT
fittings, black HDPE reducer connector - connect 1/4 in hose water line from solenoid  to 1/2 in hose	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 1/2 in hose ID x 1/4 in hose ID
fittings, black HDPE tee - connect 1/2 in hose water line and slurry to aquaria	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 1/2 in NPT x 1/2 in hose ID x 1/2 in hose ID
fittings, street elbow	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 1/2 in 90° MIPT x FIPT
fittings, PVC threaded pipe nipples - connect union fittings with solenoids and other connections	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 12 Size: 1/2 in
fittings, union threaded - connect slurry/water lines with next module	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 6 Size: 1 in PVC
fittings, reducer bushing - connect to reducer tee in water line	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 1/2 in male by 1/4 in female FIPT
fittings, threaded pipe nipples - connection between bushing and water solenoid	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 Size: 4 in long x 1/4 in
pipe, PVC - make connections between tank, pump and chiller	local plumbing vendor	N/A	Quantity: 5 ft Size: Schedule 40
Parts List for Sensors, Data Acquisition Device, and Computer Software
software, LabView	National Instruments, Austin, Texas, USA	LabView 2015 Base	Quantity: 1 Size: N/A
SCXI-1001 12-Slot Chassis, U.S. 120 VAC	National Instruments, Austin, Texas, USA	776571-01	Quantity: 1 Size: N/A
SCXI 1100 - 32-Channel, ±10 V Analog Input Module	National Instruments, Austin, Texas, USA	776572-00	Quantity: 1 Size: N/A
SCXI 1303 - Terminal block designed for high-accuracy thermocouple measurements	National Instruments, Austin, Texas, USA	777687-03	Quantity: 2 Size: N/A
SCXI 1102B - 32-Channel Thermocouple/Voltage Input Module	National Instruments, Austin, Texas, USA	776572-02B	Quantity: 1 Size: N/A
SCXI 1161 - General-Purpose Relay Module	National Instruments, Austin, Texas, USA	776572-61	Quantity: 6 Size: N/A
SCXI 1300 - General-Purpose Voltage Module	National Instruments, Austin, Texas, USA	777687-00	Quantity: 1 Size: N/A
PCMCIA Card DAQCARD-AI-16E-4	National Instruments, Austin, Texas, USA	N/A - legacy	Quantity: 1 Size: N/A used cards available online
sensor, optical backscatter - measure NTU in each aquarium	Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA	OBS-3+	Quantity: 5 Size: 0-1,000 NTU