מערכת חשיפת זרימה דרך להערכת מושעה משקעים השפעות על חיים ימיים

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

פעולות חפירה להשתמש בשיטות מכאניות להסיר משקעים תחתונים נמלי ערוצי ניווט. במהלך הסרה, חלק מן המשקעים המופרעים מושעה לתוך עמודת המים, ובכך להגדיל את זה מקור של מתח פיזי מינים ימיים. בנוסף להשעייה, המשקע ניתן להוביל הרחק המחפר על ידי תנאי הסביבה לפני שהתיישב מתוך עמודת המים. השילוב של שני מנגנונים אלה כלומר אורגניזם מימי המתרחש ליד מחפר הפעלה עלול להיחשף משקעים מושעים לסבול מתופעות לוואי. כדי לענות על דאגות כאלה, חלונות סביבתיים (הגבלות חפירה עונתיות) משמשים באופן שגרתי כפרקטיקה וניהול כדי לצמצם או למנוע סיכון של השפעות מזיקות של משקעי מושעת מפעילת חפירה על משאבים מימיים ^1,2.

חלונות סביבה מבוססות לרוב להגן בסכנת הכחדה, מאוים אומסחרי מינים בעלי ערך כגון (vitreus סנדר) הדג ו צדפה מזרחית (virginica Crassostrea) ^3. ההצדקה לתמיכה להטלת חלון סביבה לעתים קרובות מתמקדת באופן שבו פעילויות מחפר פוטנציאליות עלולות פיזית להפריע (למשל, משקעים מושעים) היכולת של בעל חיים כדי להשלים חלק מסוים של היסטורית החיים שלה. שלבי החיים שהובאו בהן לעיתים קרובות ביצים וזחלים לשמירת נתיבי הנדידה פתוחות מינים anadromous ^3. עם זאת, קיים מידע מוגבל לגבי השפעות ביולוגיות ספציפי מינים רלוונטיות ^4,5 משקעים מושעים זמין להודיע באמצעות חלונות סביבתיים ככלי לניהול סיכונים.

מסיבות אלה, בורח תוכנן, נבנה, להשתמש כדי לדמות את ההשעיה של משקעים, ולקבוע השפעותיו על שלבי החיים המוקדמים של אורגניזמים ימיים. בורח מחקרים להשתמש חלקיקים משקעים דקי-גרגירים (כלומר, בעיקר silts,טיט, וחולות בסדר) אשר קרוב לוודאי כדי לרחף ולנדוד קליעה מהמקור. בורח מסוגל ביצי דגים בדיקות וזחלים, אבל זה יכול גם להיות retrofitted כדי להתאים אורגניזמים ימיים אחרים, מה שהופך אותו יכולת ייחודית. נתוני התגובה הביולוגיים שהתקבלו לאחר מכן ניתן להשתמש כדי להעריך את ההשפעות של משקעים מושעים. ההליכים הבאים לספק סקירה של כמה הטכנולוגיה יכולה להיבנות ומופעלת להניב ריכוזי משקעי דיר מושעים ונתוני אפקטים באמצעות מינים ימיים שונים.

Protocol

כל בורח ניסויים עם חוליות בוצעו תחת המהנדס המתאים מחקר ופיתוח מרכז (ERDC) טיפול בבעלי חיים מוסדי סביבת מעבדה ופרוטוקולים השתמשו.

1. בורח מודולים, אמבט מים, ו Aquaria

1. השג הודעות עץ, חתיכים דיקט לבניית מודול. לבנות את המודולים (כמות וגודל) דומים שולחן עבודה בסיסי כדי לעמוד ביעדי מחקר.
   1. חותכים את הדיקט (0.127 ס"מ) עבור החלק העליון המדף. חותכים את הודעות (10.16 x 10.16 ס"מ) על הרגליים. עבור החלק העליון, לחתוך את החלק החיצוני (5.08 x 10.16), לבנות מסגרת ולהדק דיקט למסגרת. חותכים חריץ בחלק העליון של כל רגל ליצור מדף המבריח את המסגרת העליונה אל הרגליים.
   2. עבור המדף, לחתוך את החלק החיצוני (5.08 x 10.16), לבנות מסגרת ולהדק דיקט (0.127 ס"מ) למסגרת. חותכים חריץ מתוך הרגליים 45 ס"מ מהחלק התחתון ולנעול את המסגרת המדף לרגליים. ודא הרכבה היא מרובעת ורמה.
2. השג טנקים באמבט מים של יצרן מיכל פיברגלס המתמחה טנקים מדגה. להשתלב מודול ניצבים טנק לא גדול מ 152 ס"מ x 91 ס"מ רוחב x 61 ס"מ גבוהה. שלב שני פוליוויניל כלוריד 2.54 ס"מ הזיווגים תלוש (PVC) בקצה אחד של המיכל על ידי סיבים glassing הזיווגים סומק עם החלק הפנימי של תחתית המיכל.
   1. טנק מקום על דוכן מודול הבנוי עם מנקז הטנק מול סוף מי העמדה יהיה לנקז (איור 1). מארק בקומת הדיקט של הדוכן שבו חורי הטנק נמצאים.
   2. דחוף את הטנק בחזרה ושימוש חור 3.175 ס"מ ראה לחתוך שני חורים דיקט עבור מנקז טנק. החלק את הטנק בחזרה כך מתנקזים לשבת לחצוב חורים. חבר אחד מנקז הטנק ניקוז רצפה ואת הקצה השני מחליף חום Chiller מים.
      הערה: סעיף זה מניח ניקוז ביוב סניטרי הוא כבר במקום.

-page = "1">
איור 1. תרשים סכמטי של זחלי דגי ביצת חשיפת מערכת (בורח). בורח הוא מודולרי ולכן הוא יביל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2. מיכל פוליאתילן. טנק פוליאתילן התחתון כיפה 19 L מראה לטמיון ההצפה (למעלה, עם הוספת מסך; 1.3.1; 5.6.1), כניסת מי תרחיף (מרפק ימין; 1.3.2), שקע משאבה (למטה במרכז; 1.3.3), כניסה לשאוב (מחוץ למרכז תחתון; 1.3.4), חללית הערת מהדק (4.1), ומסך תחתון (טבעת שחורה על התחתונה; 5.6.1). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של tדמותו.

3. השג טנק פוליאתילן התחתונה כיפה 19 L (27.9 ס"מ קוטר x 36.2 ס"מ גובה).
   1. כדי לבנות בריחת הצפת, להשתמש במסור חור וחותכים חור בקוטר 2.54 ס"מ 5 ס"מ מהחלק העליון של המכל. התקן הולם דופן ואת אינסרט על הצד החיצוני של הדופן לשמש לטמיון ההצפה.
   2. כדי לבנות את כניסת סלארי / מים, להשתמש במסור חור ופצע עוד חור 2.54 ס"מ קוטר 5 ס"מ מהחלק העליון של האקווריום. התקן אחר הולם דופן ואת עקיצת צינור מרפק הברגה (איור 2).
   3. כדי לבנות את לשקע משאבה, להשתמש במסור חור וחותכים חור בקוטר 2.54 ס"מ דרך באמצע תחתית המיכל והתקן הולם הדופן. השחל את הצד החיצוני של הדופן עם הולם צינור מרפק.
   4. כדי לבנות את כניסת המשאבה, להשתמש במסור חור ופצע עוד חור בקוטר 2.54 סנטימטר הממוקם מחוץ למרכז של תחתית המכל והתקן הולם דופן. השחל את הצד החיצוני שלדופן עם הולם צינור מרפק.
4. בצד החיצוני של המיכל באמבט מים, למדוד 9 ס"מ מהחלק התחתון ולשרטט קו לאורכו של הטנק. בעקבות קו במסור חור, לחתוך זוג חורים בקוטר 2.54 ס"מ לאורכו של באמבט מים במשך כל אקווריום (10 חורים הכולל; להפיץ באופן שווה). התקן אבזרי דופן.
5. השג משאבות כונן מגנטיות (קצב זרימה מרבי 28 L / min) עבור הסירקולציה המחודשת מים באקווריום והשעיית משקעים. הר משאבות עמדה שתתאים תחת באמבט מים לאורך הצד המכיל את החורים להתחברות באקווריומים. התקן מתג כבל מובנה עבור כל משאבה או לחווט המשאבות לתיבת מתג החשמל.
6. השחל את הצד החיצוני של מחיצות הטנק באמבט מים עם עקיצות צינור. צרף ויניל צינורות אל מפרצון המשאבה לשקע ולחבר אותו המחיצות הולכות לאקווריום המתאים. בתוך אמבט המים להתקין כנס ניתק מהיר לתוך המחיצה.
7. מניחים את באקווריומים לאמבטיה מים בשתי שורות; עם שלושה באקווריומים בשורה אחת הערוך לאורכו של באמבט מים ואת באקווריומים הנותרים בשורה השנייה (איור 3).

איור 3. אמבט מים. סקירה כללית של באמבט מים עם חמישה באקווריומים מסודרים בשתי שורות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

8. חבר כל אקווריום למשאבה. צרף ויניל צינורות אל עקיצות הצינור מותקנות בחלק התחתון של באקווריומים ולצרף עקיצת צינור שסתום ניתוק מהירה. חבר את הניתוק המהיר בין המשאבה לבין אקווריום. התקן שסתום כדור בקשר הזה כדי לבודד את המשאבה למטרות תחזוקה.
9. חבר אחד לטמיון ההצפה של האקווריום כדי משותףלנקז דרך צינורות ויניל. חבר לטמיון המשותף לטמיון באמבט מים.
10. חבר כל כניסת מי סלארי / האקווריום למערכת סלארי ומים מותקנת על גבי המודול.
11. הר שני גופי אור דיודה, המיועד לשימוש באקווריום, כ -60 ס"מ מעל באקווריומים בכל מודול. משתמש בבקר אור (מחובר אלחוטי האורה) לגוון את עוצמת האור, צבע אור, מחזור האור (למשל, 16 שעות אור:. הכהה h 8) כדי לעמוד בדרישות ניסוי.
12. תקן טיימר במעבדה לשלוט תאורה מפוזרת.

2. מערכת Slurry

1. מניחים מיכל פוליאתילן 450 L חרוט התחתונה אחד עם כיסוי ולעמוד בסוף המודול האחרון בתור (בשני קצותיו ניתן להשתמש) כדי לשמש כמאגר תרחיף. הר משאבת צוללת קטנה בתוך הטנק כדי ליצור את התערובת הדלילה משקעים / מים. התקן מחליף חום Chiller מים סמוך הטנק לשלוט בטמפרטורת תרחיף. באמצעותחור ראה, לחתוך חור 2.54 ס"מ העטיפה הטנק כדי לספק גישה חיישן עכירות לניטור תרחיף (איור 4).

איור 4. מיכל Slurry. Cone-תחתית מכל slurry עם כיסוי ולעמוד פולים. טמפרטורת מי Slurry נשלטת על ידי Chiller מים מוקם בקומה השמאלית של העמדה. הטנק מחובר אוויר המופעלות משאבת פעמיים הסרעפת (חזית שמאל) כדי לספק סלארי לכל האקווריום (2.2). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

2. הר משאבה פעמי סרעפת מופעל באמצעות אוויר על עמד ליד טנק התרחיף. חבר לטמיון סלארי טנק אל כניסת המשאבה. שלב א טי PVC (כדי סלארי ישיר המשאבה או לטמיון המעבדה) שסתומים כדי connect הטנק למשאבה לבודד את המיכל ואת משאבת לצורך תחזוקה. לשלטון את המשאבה, לחבר אותו מדחס האוויר של מעבדת הבניין.
3. כדי לספק סלארי לכל אקווריום לפי דרישה, הר צינור PVC על גבי מודולים וליצור קו סחרור. בנקודת השימוש הממוקם רחוק ממאגר סלארי, להתקין קו חזרה להובלת סלארי בשימוש בחזרה למאגר. השתמש אביזרי PVC ו- האיגוד גמישים כדי ליצור קשר בין מודולים.
4. חבר את שסתומי סולנואיד סלארי לצינור סלארי הסירקולציה המחודשת באמצעות טיז, שסתומים הכדור ואביזרים האיגוד, לבודד סולנואידים מצינור PVC העיקרית לצורך תחזוקה. ודא השסתומים סולנואיד ממוקמים מעל לאקווריום יספק.
5. שימוש במסור חור, לחתוך חורים בקוטר 2.54 ס"מ בחלק העליון של מודול לחיבור כל שסתום סולנואיד לאקווריום המתאים.
6. חברו את צינור PVC רכוב על גבי מודול ליד טנק סלארי אל flexibl באמצעות משאבה המופעל באמצעות אווירדואר PVC ואביזרים האיגוד. חבר את הקו בתמורה לחלק העליון של טנק התרחיף.
7. כדי להתאים את כמות הזבל הוצג על ידי שסתום סולנואיד, להתקין ווסת לחץ מים בקו בתמורה. התאם כדי ליצור את הלחץ הרצוי.

3. מערכת מים

1. התקן טנק פוליאתילן שני של הנפח המתאים (למשל, 500 L) עם כיסוי ולעמוד לשמש מאגר מים. התקן מחליף חום Chiller מים סמוך הטנק לשלוט טמפרטורת המים. הר משאבה כונן מגנטי ליד מיכל המים. חברו את המיכל ואת משאבת המים כמפורט בסעיף 2.2.
2. כדי לספק מים לכל אקווריום לפי דרישה, הר צינור PVC על גבי מודולים וליצור קו סחרור. הר צינור PVC גבוה יותר מאשר צינור הסירקולציה המחודשת תרחיף. בנקודת השימוש הממוקם רחוק ממאגר המים, להתקין קו חזרה להוביל מים בשימוש בחזרה למאגר. השימוש ב- PVC גמיש union אביזרי לחבר בין מודולים.
3. חבר את שסתומי סולנואיד מים לצינור המים הסירקולציה המחודשת באמצעות טיז, שסתום כדור, ואבזרי איגוד לבודדים סולנואידים מצינור PVC העיקרי לצורך התחזוקה. הר סולנואידים מאחורי וגבוה יותר שסתום סולנואיד תרחיף. חבר את שסתום סולנואיד מים שסתום סולנואיד slurry באמצעות אביזרי ויניל צינורות צינור עקיצה כך שכאשר סולנואיד מים מדליק זה יהיה לשטוף החוצה הנותרים סלארי מהקו.
4. חברו את צינור PVC רכוב על גבי מודול ליד מאגר מים משאבת מים באמצעות אביזרי PVC ו- האיגוד גמישה. חבר את קו החזרה העליון של מאגר המים.
5. כדי להתאים את כמות המים הוצגו על ידי שסתום סולנואיד, להתקין ווסת לחץ מים בקו בתמורה. התאם כדי ליצור את הלחץ הרצוי.

4. חיישנים, קליטת נתונים, בקרת מכשיר ואוטומציה

1. התקן חיישן אופטי backscatter(הערה) בכל אקווריום ליד כניסת סלארי / מים כדי למדוד עכירות (יחידות עכירות Nephelometric, NTU). מקם את החיישן כך הוא שקוע כ -5 סנטימטרים מתחת לפני המים עם החיישן מול לקראת אמצע הטנק. . השתמש מהדק או התקן אחר כדי לעלות על החיישן.
2. שימוש במסור חור, לקדוח לפחות חורים גישה בקוטר שני 2.54 ס"מ בחלק העליון של כל עמדה מודול כדי לאפשר גישה של מיתרי הערה לתיבות הסעף רכוב על גבי כל מודול.
3. התקן הערה במאגר סלארי ומקם את החיישן כך שהוא שקוע לחלוטין כ -20 סנטימטרים מתחת לפני המים.
4. חוט שסתומי מי slurry סולנואיד, את OBSs הממוקם בכל טנק האקווריום סלארי, ו תרמי הממוקמים בכל אמבט מים, אל תיבות סעף רכובים על גבי מודול להתקן איסוף נתונים. התקן ניתוק מהיר בקצות הטרמינל של כל החיווט בכל מקום אפשרי.
5. השתמש plat עיצוב מערכתטופס וסביבת פיתוח לעצב יישום מחשב לרכישת נתונים, בקרת מכשיר ואוטומציה ^6. עם תכנית זו, לעצב יישום לשלב שסתומי הערת סולנואיד למדידת עכירות והחדרת סלארי ומים לתוך כל אקווריום.
6. כדי ליצור מגוון רחב של משטרי חשיפת NTU, לעצב את התכנית כדי ליצור פרופילים נפרדים עבור כל אקווריום ^6. יצירת ממשק משתמש כרטיסייה גרפית (GUI) עבור פרופילי אקווריום תיכנות. לייבל על הכרטיסייה 'פרופילים'.
   1. לתכנת את התוכנה לשליטת משך חשיפה דקה לכל אקווריום. לשלב רצף לולאה לחזור ברציפות הוראות חשיפה משך עד מצב מסוים הוא הגיע כגון משך הזמן. שלב איטרציה לשלוט כמה פעמים הלולאה תחזור לפני הסיום או נעים על הסדרה הבאה של הוראות.
   2. לתכנת את התוכנה להגדיר רמת NTU בכל האקווריום. שלב את l NTUאיבל לאותו לולאה / איטרציה רצף משך החשיפה שליטה. השתמש בתכונה זו כדי ליצור מגוון רחב של משטרי חשיפה (למשל, רציף, פעמו, או לאי חשיפה) לתקופות שצוינו.
   3. לתכנת את התוכנה לשליטה על זמן פתיחת השסתומים סולנואיד מערכת מים עבור החדרת מים לתוך כל אקווריום בשניות (למשל, 10 שניות אקווריום 1, 25 של אקווריום 2, וכו '). שלב את סולנואיד מים פתיחת פעמים לתוך רצף לולאה / איטרציה השליטה משך החשיפה ורמות NTU.
   4. לעצב את התוכנית כדי להציל את כל השלבים תחת 4.4 כ 'פרופיל' עבור כל אקווריום. כלול את היכולת לאפשר למשתמש להיזכר פרופילים הצילו.
7. צור כרטיסייה חדשה GUI. לייבל על הכרטיסייה 'סטטוס הפרופיל. GUI העיצוב להציג סיכום חי של הפרופיל הנוכחי הטעון כולל רצף לולאה פעיל כרגע, בזמן בדיקה שחלף, וזמן בדיקה נותרת.
8. צור כרטיסייה חדשה GUI עבורמים ומערכת סלארי קביעת ערכי שסתום סולנואיד. לייבל על הכרטיסייה 'הגדרת Valve ".
   1. לתכנת מרווח מחזור שסתום מים בתוך שניות. עיצוב מרווח זה כרצף לולאה להשתמש כדי להגדיר את הזמן בין אירועים כשכל סולנואידים מערכת המים לפתוח ברצף (בשלב 4.4.3 המשתמש המתוכן כמה זמן כל שסתום יישאר פתוח). לתכנת עיכוב שסתום מים בתוך שניות. השתמש בתכונת עיכוב כדי להגדיר את הזמן בין שסתומים הפתיחה (למשל, 2 שניות לאחר שסתום הקודם נסגר שסתום הבא ייפתח).
   2. לתכנת מרווח מחזור שסתום סלארי בשניות. עיצוב מרווח זה כרצף לולאה כדי להגדיר את הזמן בין האירועים כאשר בכל הרמות NTU שהיא נמדדת על ידי הערה בכל אקווריום נבדקות מול סט NTU בפרופיל האקווריום. בדקו את השסתומים וחיישנים ברציפות. אם NTU באקווריום נמוך NTU פרופיל הגדרת מכן לתכנת את המחשב כדי לפתוח את שסתום תרחיף.
   3. לתכנת זמן פתיחת סלארי שסתום בתוך שניות. השתמש בזהתכונה לשלוט כמה זמן שסתום נשאר פתוח אם slurry הוא זקוק. לתכנת עיכוב שסתום סלארי בשניות. השתמש עיכוב כדי להגדיר את הזמן בין פתחים שסתום.
      הערה: ודא את מרווח המחזור (שלב 4.6.1 ו 4.6.2) היא ארוכה מספיק כדי לאפשר היכרויות מי slurry לפני הלולאה הבאה מתחילה.
   4. יצירת כפתורים כדי להפעיל ידני / כיבוי כל שסתום מי slurry מערכת מים.
9. צור כרטיסייה חדשה GUI להקמת חיישני ההערה הממוקמות בכל טנק האקווריום תרחיף (N = 16). לייבל על הכרטיסייה 'הגדרת הערה'. תן לכל הערה שם.
   1. צור תכונה להזין נתונים מן תעודת הבדיקה של יצרן ההערה לחשב תיקונים עבור כל הערה. הזן את תקן NTU נמוך (הנמוך ביותר NTU מוקלט) ורמת NTU גבוהה (הגבוה ביותר NTU מוקלט) וכן בטווח מתח עבור NTU נמוך וגבוה.
10. צור לשונית GUI חדשות להצגה בזמן אמת מדידות NTU והגדרת NTU לכל אקווריום, כמו גםכמו טמפרטורת המים בכל אמבט מים. צור כפתור להתחיל / להפסיק את כל הפרופילים. צור את היכולת בנפרד להשהות או להפסיק פרופיל אישי.
    1. צור תכונה להיכנס קריאות טמפרטורת מים לכל באמבט מים, הגדרות NTU ומדידות עבור כל נתונים חותמים אקווריום וזמן לתוך גיליון אלקטרוני. לייבל על הכרטיסייה 'מי אמבט'.

5. הכנה ניסויית

1. אסוף משקעים מאזור חפר שגרתי לשמור עומק ערוץ ניווט, בסמיכות מינים של דאגה, והוא ידוע חסר זיהום היסטורי. אסוף את המשקע באמצעות סמפלר לתפוס או דומה (למשל, ואן וין). מניח משקע 19 דליי L פלסטיק ספינת לילה על קרח. משקעים חנות ב 4 ° C עד השימוש.
2. משקעים מסננים רטובים דרך מסך 1 סנטימטר כדי להסיר שאריות גדולות; אז מסננת מבעד למסך נירוסטה 450 מיקרון. שומר-גרגירים עדינים (חול דק, silts, ו טיט)חלקיקים העוברים דרך המסך לשימוש ניסיוני.
3. לנתח משקעים הסתנן עבור זיהום כימי (למשל, מתכות, פחמימנים ארומטיים פוליציקליים, ביפנילים רב-כלוריים, וכו 'שיטות אנליטיות, לראות USEPA ^7). לאפיין פרמטרים physicochemical כגון התפלגות גודל גרגר (סחף חול אחוזים, וחרסית), pH, מליחות, פחמן אורגני, חומר אורגני ⁸ כדי לעמוד בדרישות המחקר.
4. זהה את משך החשיפה (למשל, 72 שעות) וריכוזי TSS (למשל, 0, 100, 250, ו -500 מ"ג / ל ') מבוסס על נתונים קיימים או מידע אחר המאפיין את המשקע שנאחז עניין.
   הערה: השתמש TSS כמו ריכוז חשיפה ולא NTU. TSS מכמת את המסה של חלקיקים נוכחיים בעמודת המים ומתייחס ישירות השפעות פיסיות והתנהגותיות כגון שחיקה, אובדן האורינטציה והאכלה מופחתת שהפגינה כמה אורגניזמים.
5. להקים את relatio NTU-TSSNship לכל בורח האקווריום.
   1. הפעל את כל בורח חומרה המשמשת לרכישת נתונים, בקרת מכשיר ואוטומציה. אקראי להקצות טיפולים שירותי תמיכה טכנית בורח באקווריומים באמצעות שולחן מספר אקראי או שיטה מתאימה אחרת. בשנתי ה GUI הפרופיל, ליצור פרופיל עבור כל אקווריום לבצע חשיפה ממושכת 72 שעות (4,320 דקות) באמצעות ריכוזי TSS המוקצים שנוצרו משולחן המספר האקראי.
   2. להפעיל שיקול דעת מקצועי בתחילה לתכנת NTUs לפגוש ריכוזים TSS בכל האקווריום. על הבקרה (0 מ"ג / L TSS) להגדיר את NTU ל 0; 100 מ"ג / L TSS להגדיר את NTU ל -100; 250 מ"ג / L TSS להגדיר את NTU ל -280; ו -500 מ"ג / L TSS להגדיר את NTU ל -600.
      הערה: כל בדיקת הערה תהיה קריאה שונה NTU מעט אשר הנה חלק אינהרנטי הייצור של החללית.
   3. הגדר את שעת הפתיחה עבור שסתומי סולנואיד במערכת המים 10 שניות עבור כל אקווריום.
   4. שמור פרופיל עבור כל אקווריום.
   5. בכרטיסייה התקנת שסתום, תוכנית המים סלארישסתום מרווח מחזור. הגדר את מרווח מחזור מים עבור 600 s ועיכוב שסתום מים למשך 5 שניות. הגדר את מרווח מחזור slurry עבור 180 s, פתיחת עבור 3 s ועיכוב עבור 1 s.
      הערה: עם תכנית זו, כי במבחן h 72 NTUs בכל אקווריום ייבדק 1,440 פעמים על ידי המחשב כדי לקבוע אם סלארי נוסף יושקה ואת שסתומי המים יפתח 432 פעמים. פתחים שסתום Slurry משיגים תוצאות טובות עם הגדלת NTUs. בדרך כלל, על 100 מ"ג / L שסתום סלארי פתוח והכל בסך משוער של 5% של משך החשיפה או 72 פתחים; 250 מ"ג / L ≈ 11% (158 פתחים); ו -500 מ"ג / L ≈ 35% (504 פתחים). כדי חילופי נפח שווה בין באקווריומים להתאים את זמן פתיחת שסתומי סולנואיד המים באקווריום שהוקצה NTUs הנמוך. זה יגרום פתחים שסתומים סלארי גדלו ב NTUs הנמוך.
   6. מלא את מכל slurry במי מעבדה מסוננת פחמן. התחל משאבת recirculate מים. במכל נפרד, זאת במיקסר מכאני homogenize teמשקעי st.
   7. לאחר המשקעים הם הומוגני, להסיר חלק קטן (≈500 מיליליטר) ולהציג לתוך טנק slurry באמצעות מבחנת פוליפרופילן בוגרת. המשך להציג משקעים עד 1,000 NTU מושגת.
   8. בתכנית, עבור לכרטיסיית מי האמבט ולהתחיל כל הפרופילים האקווריום. Operate בורח לפחות 1 h כך NTUs יכול לייצב בכל האקווריום לפני איסוף דגימת משקעים מושעה. הפוך את נתוני כניסה ל- להקליט קריאות NTU ידי כל הערה האקווריום.
   9. מדוד TSS באמצעות שלוש 100 דגימות מי מיליליטר שנאספו מכל אקווריום מוקצה טיפול TSS <500 מ"ג / L. בנפרד למדוד TSS באמצעות שלוש דגימות מים 50 מ"ל שנאספו מכל האקווריום של טיפול TSS גדול או שווה ל 500 מ"ג / L.
   10. מדוד TSS על ידי דגימות סינון ואקום באמצעות נייר סינון טרום שקל 0.45 מיקרומטר. מיד לאחר סינון, לייבש את מסנן ותכנים ב 105 מעלות צלזיוס למשך תקופה מינימלית של 4 שעות ולאחר מכן reweigh אל מ"ג 0.1 הקרוב. השתמש tהוא הממוצע של שלוש דגימות כמדד TSS בכל האקווריום.
   11. השוואת ממוצעים שהושגו סעיף 5.5.4 כדי מדידות NTU נצפות נרשמות עבור כל אקווריום. לתכנת מחדש את גבולות NTU עד ריכוז TSS הרצויה (למשל., 600 NTU ≈ 500 מ"ג / L TSS).
6. לקבוע רשת בגודל המסך צריך לכלול חיות בתוך כל אקווריום.
   1. עבור בעלי חיים גדולים יותר כגון דגים (למשל.,> 3 סנטימטרים) או מקום רכיכות מסך בתחתי להפריד חיות מפתיחת המשאבה. תקן כנס מסך שבתוך הדופן לטמיון ההצפה של האקווריום כדי למנוע בריחה.
   2. מכיל שלבי החיים קטנים כגון ביצי דגים, זחלי ומטגנים בתא (10.16 ס"מ קוטר (id) ב -12.7 ס"מ (1,029 מ"ל) עשוי צינור PVC) עבור הצללה בתוך אקווריום בורח (איור 5).
      1. חותכים שלושה רחב 8.25 ס"מ על 9.52 ס"מ חורים מזווית של החדר. התקן בד מסך ניילון על בוטטום של החדר ועל החורים הנחתכים של הצד. השתמש כובע PVC כמכסה נשלפה להציג ולהסיר חיות בדיקה.
      2. חותכי חור עגול במכסה מספיק לצפיית חיות בדיקה מלמעלה תוך השארת יתרון לחיבור מטלית מסך ניילון. התקן את כל המסכים על החלק הפנימי של החדר כדי למנוע אורגניזמים מלבוא במגע עם קצות פולי ויניל כלוריד החדים.
         הערה: בחר את גודל רצוי רשת מסך המכיל חיות בדיקה תוך מתן אפשרות מושעה מבחן משקע להיכנס.
      3. לחלוטין להטביע את התא באמצע או בצד של אקווריום ידי השעייתו אנכי באמצעות שלוש שלוחות קצרות של חבל (# 18 קו לבן מייסון מעווה) וקרסים בנויים חוט חשמל. לקשור קשר התקלה של בלייק ליד כל וו ולהתאים את אורך החבל כדי לפלס את קאמרית.
7. ברר כמה חילופי נפח אקווריום נדרשים ליום כדי לעמוד ביעדי פרויקט מים באיכות. התאם tהוא ווסת לחץ מים (ראה סעיף 2.2) וזמן פתיחת סולנואיד (למשל, פתוח כל 10 דקות במשך 10 שניות) כדי ליצור את קצב זרימת מים הרצוי. מלאו אמבטיות מים עם מים ולהפעיל מחליפי מים ילר חום כדי לאשר טמפרטורות הבדיקה יכולה להיות מושגת ומתוחזק.

איור 5. בורח קאמרי משנה. סקירה כללית של תת-קאמרי חשיפה מושעה באקווריום ללא משקעים הוסיפו (משמאל). הזחלים דג בגודל המתאים יכול להיות בתוך תא משנה כדי לצמצם את האפשרות של בריחה ולפציעה (מימין). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

6. פרוצדורות

1. הפעל את כל חומרה בורחת המשמשת לרכישת נתונים, מכשיר לשליטהאוטומציה ד. מלא את באקווריומים, אמבטיות מים, מאגר מים עם מי בדיקה הרצויות. התחל כל מחליפי חום Chiller מים. אשר ולהתאים מחזור אור.
   1. מלאו את מיכל slurry עם מי ברז מסוננים פחמן. התחל משאבת recirculate מים. במיקסר מכאני homogenize המכל של משקעי בדיקה. לאחר משקעים הוא הומוגני, להסיר חלק קטן (≈500 מ"ל) ולהציג לתוך הטנק תרחיף. המשך להציג משקעים עד 1,000 NTU הוא הגיע.
   2. בשנות ה GUI פרופיל, ליצור פרופיל עבור כל אקווריום לבצע חשיפה ממושכת 72 שעות (4,320 דקות) באמצעות אותו הקצאות TSS ששימשו בעריכת. השתמש בנתונים שהושגו במהלך הכנות ניסיון לתכנת NTUs לפגוש ריכוזי TSS בכל האקווריום. על הבקרה (0 מ"ג / L TSS) להגדיר את NTU ל 0; 100 מ"ג / L TSS להגדיר את NTU ל -100; 250 מ"ג / L TSS להגדיר את NTU ל -280; ו -500 מ"ג / L TSS להגדיר את NTU ל -600.
   3. בכרטיסיית התקנת השסתום, נתוני שימוש מתקבלים preparatיון (סעיף 5.5.8) לתכנת את מרווח מחזור שסתום מי slurry. הגדר את מרווח מחזור מים עבור 600 s ועיכוב שסתום מים למשך 5 שניות. הגדר את מרווח מחזור slurry עבור 180 s, פתיחת עבור 3 s ועיכוב עבור 1 s.
   4. הציגו חיות באקווריומים באמצעות להנחיות שנקבעו בפרוטוקול טיפול בבעלי חיים ושימוש אושרה. ביצים, להעביר מטנק ההחזקה אל חדר חשיפה באמצעות פיפטה העברה פלסטיק. לדגים גדולים יותר, כמו אצבעונים (אורך הכולל 2-8 סנטימטר), השתמש ברשת בטיחות אקווריום ניילון.
2. לאחר חיות הן מצוידות לתוך אקווריומים, לגשת GUI ובכרטיסיית אמבט המים להתחיל כל הפרופילים האקווריום. Operate בורח לפחות 1 h כך NTUs יכול לייצב בכל האקווריום לפני איסוף דגימת משקעים מושעה. הפוך את נתוני כניסה ל- להקליט קריאות NTU ידי כל הערה האקווריום.
3. לשמור בורח מדי יום על ידי ציפוי את מאגרי מים slurry במי בדיקה ומשקע.
   הערה: תדירות היכרויות slurry היא positively בקורלציה עם העלייה ברמות NTU. לכן, כמות המים ומשקעים כל יום משתמשים תלויה NTUs מתוכנת הרצויה חילופי נפח. בדרך כלל, 25-50 gal ניתן להשתמש בכל יום של מים או תרחיף.
   1. נגב בעדינות בדיקות הערה יומי עם מטלית רטובה כדי להסיר משקעים להצטבר על פני החיישן. בדוק מצנן מים ומשאבות עבור פעולה רגילה. אסוף מדידות TSS במקביל יומי לחזות TSS לשארית היום על סמך מדידות NTU שהוקלטו במרווחי זמן שצוין על ידי תוכנת מחשב.
4. טמפרטורה מדודה, חמצן מומס, pH (ופרמטרים נוספים בהתאם למין ודרישות אחרות) יומי עבור כל אקווריום באמצעות מכשיר איכות מים רבה-בדיקת כף יד מיועדת לכך.
5. לסיים ניסוי אוטומטי על ידי ציון משך חשיפה בכל פרופיל האקווריום או באופן ידני על ידי עצירת כל הפרופילים האקווריום.
6. לקבוע נקודות קצה ניסיוני bדואר נמדד כגון הצלחה בקיעה, זמן לבקוע, תמותה, צמיחה (אורך ומשקל), ומורפולוגיה ברוטו.

תוצאות

סדרה של ריצות מבצעיות מתבצעת לפני תחילת ניסוי כדי להבטיח כי בורח מספק את הריכוזים המתאימים של משקעים לכל האקווריום (סעיפים 5.5 ו -6.2). איור 6 ממחיש כיצד ריכוז NTU נשמרים באקווריום ניסיוני מנת להגיע לריכוזי משקעי מושעה יעד. בדוגמא זו, בורח העריך ה...

Discussion

הטכנולוגיה בורחת משפרת על שיטות קיימות ^4,9 ידי שמירה ושליטת משקעים מושעים על פני טווח רחב של זמני חשיפה וריכוזיים משקעים מושעים באמצעות אוטומטית, מערכת מבוקרת מחשב. הטכנולוגיה היא כזה גמיש שזה יכול לשמש כדי להעריך את ההשפעות של משקעים מושעים מינים רבים מימיים ו?...

Materials

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