Article de méthode

Un système d'exposition accréditives pour l'évaluation de suspension Sédiments effets sur la vie aquatique

DOI :

10.3791/54937

⸱

9 janvier 2017

 , 
1Environmental Laboratory, Engineer Research and Development Center, U.S. Army Corps of Engineers

Dans cet article

Résumé

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Un système d’exposition à circulation continue robuste et flexible conçu pour maintenir les sédiments en suspension est présenté. Le système est utilisé en laboratoire pour étudier les effets des sédiments en suspension sur diverses espèces aquatiques et à différents stades de leur vie.

Résumé

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Cet article décrit le système d’exposition aux larves et aux œufs de poissons (FLEES). Le système d’exposition à renouvellement continu est utilisé pour étudier les effets des sédiments en suspension sur diverses espèces aquatiques et à leurs stades de vie en laboratoire à l’aide de pompes et en automatisant l’administration des sédiments et de l’eau pour simuler la suspension des sédiments. Les données FLEES sont utilisées pour établir des courbes exposition-réponse entre les effets sur les organismes aquatiques et les concentrations dans les sédiments en suspension à la durée d’exposition souhaitée. Les données sur les effets sont utilisées pour évaluer les pratiques de gestion utilisées pour réduire les interactions entre les organismes aquatiques et les causes anthropiques des sédiments en suspension. Le FLEES est capable de générer des concentrations totales de solides en suspension (MES) aussi faibles que 30 à aussi élevées que 800 mg/L, ce qui fait de ce système un choix idéal pour évaluer les effets des MES résultant de nombreuses activités, y compris la simulation de faibles niveaux ambiants de MES à l’évaluation des sources de sédiments en suspension provenant des opérations de dragage, du trafic maritime, crues et tempêtes.

Introduction

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opérations de dragage utilisent des méthodes mécaniques pour enlever les sédiments du fond des ports et des chenaux de navigation. Lors de la dépose, une partie du sédiment perturbé est suspendu dans la colonne d'eau, ce qui pourrait en faire une source de stress physique pour les espèces aquatiques. En plus d'être suspendue, le sédiment peut être transporté loin de la drague par les conditions ambiantes avant décantation de la colonne d'eau. La combinaison de ces deux mécanismes signifie qu'un organisme aquatique se produisant à proximité d'une drague d'exploitation peut être exposé à des sédiments en suspension et souffrent d'effets indésirables. Pour répondre à ces préoccupations, les fenêtres environnementales (restrictions de dragage saisonniers) sont couramment utilisés en tant que pratique de gestion pour réduire ou éliminer le risque d'effets potentiellement nocifs des sédiments en suspension provenant des activités de dragage sur les ressources aquatiques 1,2.

fenêtres environnementales sont le plus souvent mis en place pour protéger en voie de disparition, menacées ouespèces commercialement intéressantes telles que le doré jaune (Sander vitreus) et l' huître (Crassostrea virginica) 3. La justification d' appui pour imposer des fenêtres environnementales se concentre souvent sur la façon dont les activités de dragage peuvent potentiellement perturber physiquement (par exemple, les sédiments en suspension) la capacité d'un animal à remplir une partie spécifique de son histoire de vie. Les étapes de la vie souvent citées sont les œufs et les larves pour garder les voies de migration ouverte pour les espèces anadromes 3. Cependant, il y a des informations limitées concernant spécifiques aux espèces effets biologiques pertinents pour suspension de 4,5 sédiments disponibles pour informer en utilisant les fenêtres environnementales comme un outil de gestion des risques.

Pour ces raisons, le Fuit a été conçu, construit et utilisé pour simuler la suspension des sédiments, et de déterminer ses effets sur les premiers stades de vie des organismes aquatiques. Fuit études utilisent des particules de sédiments à grains fins ( à savoir, principalement des limons,argiles et sables fins) qui sont les plus susceptibles de rester en suspension et migrent le plus éloigné de la source. Le Fuit est capable d'œufs de poissons d'essai et les larves, mais il peut également être équipé pour accueillir d'autres organismes aquatiques, ce qui en fait une capacité unique. Les données de la réponse biologique résultant peuvent ensuite être utilisés pour évaluer les effets des sédiments en suspension. Les procédures suivantes donnent un aperçu de la façon dont la technologie peut être construite et exploitée pour obtenir des concentrations répétables de sédiments en suspension et données sur les effets à l'aide de diverses espèces aquatiques.

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Protocole

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Toutes les expériences avec Fuit vertébrés ont été réalisées sous l'ingénieur approprié Centre de recherche et de développement (ERDC) Environmental Laboratory Institutional Animal Care et l'utilisation des protocoles.

1. Fuit Modules, bain d'eau, et Aquaria

  1. Obtenir des poteaux de bois, clous et contreplaqué pour la construction du module. Construire les modules (en nombre et en taille) similaires à un plan de travail de base pour atteindre les objectifs de recherche.
    1. Couper le contreplaqué (0,127 cm) pour le haut et le plateau. Couper les poteaux (10,16 x 10,16 cm) pour les jambes. Pour le haut, couper les goujons (5,08 x 10,16), construire un cadre et fixer le contreplaqué au cadre. Couper une encoche en haut de chaque jambe pour créer un rebord et fixez le cadre supérieur aux jambes.
    2. Pour la plate-forme, couper les goujons (5,08 x 10,16), construire un cadre et attacher contreplaqué (0,127 cm) au châssis. Couper une encoche sur les jambes de 45 cm du fond et visser le cadre de plateau aux jambes. Veiller à l'assemblage est d'équerre.
  2. Obtenir des réservoirs de bain d'eau à partir d'un fabricant de réservoir en fibre de verre spécialisée dans les réservoirs de l'aquaculture. Monter dans le module tenir un réservoir pas plus grand que 152 cm de long x 91 cm de large x 61 cm de hauteur. Incorporer deux 2,54 cm de chlorure de polyvinyle (PVC), les accouplements à glissement sur une extrémité du réservoir en fibre glassing les raccords au ras de la face intérieure du fond du réservoir.
    1. Placer le réservoir sur le support du module construit avec les drains de réservoir face à la fin de l'eau du stand drainera (Figure 1). Marquez sur le plancher de contreplaqué de la cage où se trouvent les trous de réservoir.
    2. Poussez le réservoir arrière et en utilisant un trou de 3,175 cm de scie deux trous dans le contreplaqué pour les drains de réservoir. Faites glisser le réservoir de retour de sorte que les drains sont assis dans les trous découpés. Connectez l'un des drains de réservoir à un drain de plancher et l'autre à un échangeur de chaleur à refroidisseur d'eau.
      NOTE: Cette section suppose un drain d'égout sanitaire est déjà en place.


Figure 1. Schéma de la Larves de poisson et de l' exposition des œufs Système (Fuit). Le Fuit est modulaire et est donc transportable. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 2. Réservoir en polyéthylène. A 19 L bombé réservoir en polyéthylène de fond montrant le drain de débordement (en haut, avec insert d'écran; 1.3.1; 5.6.1), entrée d'eau en suspension (coude droit; 1.3.2), sortie de la pompe (en bas au centre, 1.3.3), la pompe (en bas hors-centre; 1.3.4) entrée, sonde OBS et pince (4.1), et écran du bas (anneau noir sur fond; 5.6.1). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de tsa figure.

  1. Obtenir une 19 L fond bombé réservoir en polyéthylène (27,9 cm de diamètre x 36,2 cm de hauteur).
    1. Pour construire un drain de débordement, utilisez une scie à trou et découper un trou de 2,54 cm de diamètre 5 cm de la partie supérieure du réservoir. Installer un raccord de cloison et d'un insert sur la face extérieure de la cloison pour servir de drain de débordement.
    2. Pour construire l'entrée / eau bouillie, utiliser une scie à trou et couper un autre trou de 2,54 cm de diamètre 5 cm du haut de l'aquarium. Installez un autre raccord de cloison et un ardillon coude de tuyau fileté (Figure 2).
    3. Pour construire la sortie de la pompe, utiliser une scie à trou et découper un trou de 2,54 cm de diamètre dans le milieu du fond du réservoir et installer un raccord de cloison. Enfiler le côté extérieur de la cloison avec un raccord coudé du tuyau.
    4. Pour construire l'entrée de la pompe, utiliser une scie à trou et couper un autre trou d'un diamètre de 2,54 cm situé au large centre du fond du réservoir et installer un raccord de cloison. Enfiler le côté extérieur de lacloison avec un raccord coudé du tuyau.
  2. Sur le côté extérieur du réservoir de bain d'eau, mesure 9 cm du fond et tracer une ligne le long de la longueur de la cuve. Et en suivant la ligne avec une scie à trou, découper une paire de trous de 2,54 cm de diamètre sur la longueur du bain d'eau pour chaque aquarium (10 trous au total, répartir). Installer des raccords de cloison.
  3. Obtenir des pompes à entraînement magnétique (débit maximal de 28 L / min) pour la recirculation de l'eau dans les aquariums et la suspension de sédiments. Monter les pompes à un support qui conviendra dans le bain d'eau le long du côté contenant les trous pour la connexion à l'aquarium. Installez un commutateur en ligne de cordon pour chaque pompe ou câbler les pompes à un boîtier de commutation de puissance.
  4. Enfiler le côté extérieur des cloisons du réservoir de bain d'eau avec cannelés. Fixer le tube de vinyle à l'entrée de la pompe et à la sortie et le connecter aux cloisons qui vont à l'aquarium approprié. A l'intérieur du bain d'eau installer un sectionneur insert rapide dans la cloison.
    5. Placer les aquariums dans le bain d'eau en deux rangées; avec trois aquariums dans une rangée disposée le long de la longueur du bain d'eau et les aquariums restants de la deuxième rangée (figure 3).

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Figure 3. Bain d'eau. Vue d'ensemble d'un bain d'eau avec cinq aquariums disposés en deux rangées. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

  1. Connectez chaque aquarium à une pompe. Fixer le tube de vinyle aux cannelés installés sur le fond de l'aquarium et fixez rapidement la vanne de débrancher le tuyau cannelé. Connecter les raccords rapides entre la pompe et l'aquarium. Installer une vanne à boisseau sphérique à cet égard, afin d'isoler la pompe à des fins de maintenance.
  2. Branchez le drain de débordement de chaque aquarium à une communevidanger via un tube en vinyle. Connecter le drain commun au drain du bain d'eau.
  3. Raccorder la suspension d'entrée / de l'eau de chaque aquarium pour le système de suspension et de l'eau installé sur le dessus du module.
  4. Monter deux luminaires à diodes émettrices de lumière, conçu pour l'usage d'aquarium, d'environ 60 cm au-dessus des aquariums dans chaque module. Utilisez un contrôleur de lumière (sans fil relié à la lumière) pour faire varier l'intensité lumineuse, couleur de la lumière, et le cycle de lumière (par exemple, 16 h de lumière. 8 h d' obscurité) pour répondre aux exigences expérimentales.
  5. Installez une minuterie dans le laboratoire pour contrôler l'éclairage ambiant.

2. Système Slurry

  1. Placer un cône 450 L Réservoir à fond en polyéthylène avec couvercle et reposer à la fin du dernier module dans la ligne (ou l'autre extrémité peut être utilisé) pour servir de réservoir de boue. Monter une petite pompe submersible dans le réservoir pour créer la suspension des sédiments / eau. Installer un échangeur de chaleur du refroidisseur d'eau adjacent au réservoir pour contrôler la température de la suspension. Utilisant unscie, découper un trou de 2,54 cm dans le couvercle du réservoir pour permettre l' accès à un capteur de turbidité pour la surveillance de la suspension (Figure 4).

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Figure 4. Réservoir à lisier. Cone-bas réservoir de boue avec couvercle et support poly. température de l'eau de Slurry est contrôlé par refroidisseur d'eau situé à l'étage gauche du stand. Le réservoir est relié à une pompe pneumatique à double diaphragme (avant-plan gauche) pour fournir une boue à chaque aquarium (2.2). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

  1. Monter une pompe à double membrane à commande pneumatique sur un stand à côté du réservoir de boue. Raccorder le drain du réservoir de boue à l'entrée de la pompe. Incorporer un tee PVC (à suspension directe à la pompe ou au drain de laboratoire) et les vannes à Connect du réservoir à la pompe pour isoler le réservoir et la pompe pour l'entretien. Pour alimenter la pompe, le connecter au compresseur d'air du bâtiment de laboratoire.
  2. Pour fournir suspension à chaque aquarium sur demande, monter un tuyau en PVC sur le dessus des modules et de créer une ligne de recirculation. Au point d'utilisation situé le plus éloigné du réservoir de boue, installer une conduite de retour pour le transport de lisier utilisé vers le réservoir. Utiliser des raccords en PVC et des syndicats flexibles pour se connecter entre les modules.
  3. Connecter les vannes suspension des électrovannes à la conduite de recirculation de suspension en utilisant tees, robinets et raccords union, pour isoler les solénoïdes de la conduite principale de PVC pour l'entretien. Assurer que les électrovannes sont situées au-dessus de l'aquarium, il va fournir.
  4. À l'aide d'une scie à trou, coupe de 2,54 cm de diamètre des trous dans la partie supérieure du module pour connecter chaque électrovanne à l'aquarium approprié.
  5. Connectez le tuyau en PVC monté sur le dessus du module près du réservoir de boue à la pompe en utilisant flexibl de commande pneumatiquee PVC et raccords union. Connectez la ligne de retour vers le haut de la cuve de suspension.
  6. Pour ajuster la quantité de suspension introduite par l'électrovanne, l'installation d'un régulateur de pression d'eau dans la conduite de retour. Ajuster pour créer la pression désirée.

3. Système d'eau

  1. Installez un second réservoir de polyéthylène du volume approprié (par exemple, 500 L) avec couvercle et de se servir de réservoir d'eau. Installer un échangeur de chaleur du refroidisseur d'eau adjacent au réservoir pour contrôler la température de l'eau. Monter une pompe à entraînement magnétique à côté du réservoir d'eau. Connecter le réservoir d'eau et la pompe comme décrit dans la section 2.2.
  2. Pour fournir de l'eau à chaque aquarium sur demande, monter un tuyau en PVC sur le dessus des modules et de créer une ligne de recirculation. Monter le tuyau en PVC supérieur à la conduite boue de recirculation. Au point d'utilisation situé le plus éloigné du réservoir d'eau, installer une conduite de retour pour le transport de l'eau utilisé vers le réservoir. Utilisez PVC souple et union raccords de se connecter entre les modules.
  3. Connecter les électrovannes de l'eau à la conduite d'eau de recirculation en utilisant tees, robinets et raccords union pour isoler les solénoïdes de la conduite principale de PVC pour l'entretien. Monter derrière les solénoïdes et supérieure à la suspension de la vanne à solénoïde. Connecter le solénoïde de l'eau vanne à la vanne suspension électromagnétique via un tube en vinyle et flexible cannelés raccords de telle sorte que lorsque le solénoïde de l'eau tourne sur elle laver restante suspension de la ligne.
  4. Connectez le tuyau en PVC monté sur le dessus du module près du réservoir d'eau à la pompe à eau en utilisant des raccords en PVC et des syndicats flexibles. Connectez la ligne de retour vers le haut du réservoir d'eau.
  5. Pour régler la quantité d'eau introduite par l'électrovanne, installez un régulateur de pression d'eau dans la conduite de retour. Ajuster pour créer la pression désirée.

4. Capteurs, acquisition de données, de contrôle d'instruments et d'automatisation

  1. Installez un détecteur de rétrodiffusion optique(OBS) dans chaque aquarium à côté de l'entrée boue / eau pour mesurer la turbidité (unités de turbidité néphélométriques, NTU). Positionner le capteur de manière à ce qu'il soit immergé d'environ 5 cm au-dessous de la surface de l'eau avec le capteur tourné vers le milieu du réservoir. . Utilisez une pince ou un autre dispositif pour monter le capteur.
  2. À l'aide d'une scie à trou, percer au moins deux trous de 2,54 cm d'accès au diamètre de la partie supérieure de chaque support de module pour permettre l'accès de câbles OBS à des boîtes de jonction électrique monté sur le dessus de chaque module.
  3. Installer un OBS dans le réservoir de lisier et de positionner le capteur de sorte qu'il soit complètement immergé environ 20 cm au-dessous de la surface de l'eau.
  4. Câbler les vannes d'eau et de boue électrovannes, l'OBS qui se trouve dans chacun des réservoirs d'aquarium et en suspension, et un thermocouple placé dans chaque bain d'eau, dans des boîtes de jonction électriques montés sur le dessus du module et un dispositif d'acquisition de données. Installer des raccords rapides aux extrémités terminales de tous les câbles chaque fois que possible.
  5. Utilisez un plat de conception du systèmela forme et l' environnement de développement pour concevoir une application informatique pour l' acquisition de données, le contrôle de l' instrument et de l' automatisation 6. Avec ce programme, concevoir une application pour intégrer des soupapes d'OBS et de solénoïde pour la mesure de la turbidité et l'introduction de la suspension et de l'eau dans chaque aquarium.
  6. Pour créer une variété de régimes d'exposition NTU, concevoir le programme pour créer des profils individuels pour chaque aquarium 6. Créer une interface utilisateur onglet et graphique (GUI) pour les profils programmation d'aquarium. Etiqueter l'onglet «Profils».
    1. Programmer le logiciel pour contrôler la durée d'exposition en minutes pour chaque aquarium. Incorporer une séquence en boucle pour répéter en continu des instructions de durée d'exposition jusqu'à ce qu'une certaine condition est atteinte comme la longueur de temps. Incorporer une itération pour contrôler le nombre de fois la boucle se répète avant de terminer ou de passer à la prochaine série d'instructions.
    2. Programmer le logiciel pour définir un niveau NTU dans chaque aquarium. Intégrer le NTU liveau dans la même durée d'exposition / boucle séquence d'itération de contrôle. Utilisez cette fonction pour créer une variété de régimes d'exposition (par exemple, en continu, pulsé, ou pas d' exposition) pour des durées déterminées.
    3. Programmer le logiciel pour contrôler le temps d'ouverture des électrovannes du système d'eau pour introduire de l' eau dans chaque aquarium en secondes (par exemple, 10 s pour l' aquarium 1, 25 s pour l' aquarium 2, etc.). Intégrer le solénoïde d'eau horaires d'ouverture dans la séquence en boucle / itération contrôle de la durée d'exposition et les niveaux NTU.
    4. Concevoir le programme pour enregistrer toutes les étapes de la section 4.4 comme un «profil» pour chaque aquarium. Inclure la capacité de permettre à un utilisateur de rappeler les profils enregistrés.
  7. Créer un nouvel onglet et GUI. Marquez l'onglet «Profil Status». Conception graphique pour afficher un résumé en direct du profil actuellement chargé notamment la séquence active de la boucle, le temps de test écoulé, et le temps de test restant.
  8. Créer un nouvel onglet et interface graphique pourles valeurs de réglage de l'électrovanne d'eau et le système de suspension. Etiqueter l'onglet 'Valve Setup'.
    1. Programmer un intervalle de cycle de la vanne d'eau en quelques secondes. Concevoir cet intervalle comme une séquence en boucle utilisée pour régler le temps entre les événements lorsque tous les solénoïdes du système d'eau ouvrent consécutivement (à l'étape 4.4.3 l'utilisateur programmé la durée de chaque vanne reste ouverte). Programmer un retard de la vanne d'eau en quelques secondes. Utilisez la fonction de retard pour régler le temps entre les vannes d' ouverture (par exemple, 2 s après la vanne précédente fermé la vanne suivante ouvrira).
    2. Programmer un intervalle de cycle de vanne en suspension en secondes. Concevoir cet intervalle comme une séquence en boucle pour régler le temps entre les événements lorsque tous les niveaux NTU mesurés par les OBS dans chaque aquarium sont vérifiés contre l'ensemble NTU dans le profil de l'aquarium. Vérifiez les vannes et capteurs consécutivement. Si un NTU dans l'aquarium est plus faible que le réglage de la NTU profil, puis programmer l'ordinateur pour ouvrir la vanne de suspension.
    3. Programmer un temps d'ouverture de la soupape de suspension en quelques secondes. Utilisez cecifonction pour contrôler la durée d'une vanne reste ouverte si la suspension est nécessaire. Programmer un délai de vanne en suspension en secondes. Utilisez le retard pour régler le temps entre les ouvertures de soupape.
      REMARQUE: Veiller à l'intervalle de cycle (étape 4.6.1 et 4.6.2) est suffisamment longue pour permettre l'introduction de l'eau et de boue avant le début de la boucle suivante.
    4. Créer des boutons pour activer manuellement / désactiver chaque vanne d'eau de l'eau et le système de suspension.
  9. Créer un nouvel onglet et interface graphique pour la mise en place des capteurs OBS situés dans chaque aquarium et suspension réservoir (N = 16). Etiqueter l'onglet 'Configuration OBS. Donner à chaque OBS un nom.
    1. Créer une fonction pour entrer des données à partir du certificat d'essai du fabricant OBS pour calculer les corrections pour chaque OBS. Entrez le NTU norme faible (le plus bas enregistré NTU) et l'écart NTU élevé (le plus élevé enregistré NTU), ainsi que la plage de tension pour la NTU basse et haute.
  10. Créer un nouvel onglet et interface graphique pour afficher en temps réel des mesures NTU et réglage NTU pour chaque aquarium, ainsilorsque la température de l'eau dans chaque bain d'eau. Créer un bouton pour démarrer / arrêter tous les profils. Créer la capacité de faire une pause ou d'arrêter un profil individuel individuellement.
    1. Créer une fonction pour enregistrer les lectures de température de l'eau pour chaque bain d'eau, les paramètres NTU et mesures pour chaque aquarium et de temps données de tampon dans une feuille de calcul. Marquez l'onglet 'Water Bath'.

5. Préparation expérimentale

  1. Collecter les sédiments d'une zone régulièrement dragué pour maintenir la profondeur du chenal de navigation, à proximité des espèces préoccupantes, et est connu pour manquer la contamination historique. Recueillir les sédiments à l' aide d' un échantillonneur d'appui ou similaire (par exemple, Van Veen). Placez les sédiments dans 19 seaux L en plastique et le navire pendant la nuit sur la glace. sédiments Stocker à 4 ° C jusqu'à utilisation.
  2. Wet sédiments du tamis à travers un tamis de 1 cm pour enlever les gros débris; puis tamisez à travers un tamis en acier inoxydable de 450 microns. Conservent à grains fins (sables fins, limons et argiles)particules passant à travers l'écran pour une utilisation expérimentale.
  3. Analyser les sédiments tamisés pour contamination chimique (par exemple, les métaux, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les biphényles polychlorés, etc. Pour les méthodes d' analyse, voir USEPA 7). Caractériser les paramètres physico - chimiques tels que la distribution de taille des grains (sable pour cent de limon et d' argile), le pH, la salinité, le carbone organique, et la matière organique 8 pour répondre aux exigences de l' étude.
  4. Identifier la durée d'exposition (par exemple, 72 h) et les concentrations de MES (par exemple, 0, 100, 250 et 500 mg / L) sur la base des données existantes ou d' autres informations caractérisant les sédiments en suspension d'intérêt.
    REMARQUE: Utiliser TSS comme la concentration d'exposition plutôt que NTU. TSS quantifie la masse des particules présentes dans la colonne d'eau et est directement liée à des effets physiques et comportementaux tels que l'abrasion, la perte de l'orientation et de l'alimentation réduite présentée par certains organismes.
  5. Mettre en place la relatio NTU-TSSnship pour chaque Fuit aquarium.
    1. Allumez tous les Fuit matériel utilisé pour l'acquisition de données, le contrôle de l'instrument et de l'automatisation. attribuer aléatoirement les traitements de TSS à l'aide d'un Fuit aquariums table de nombres aléatoires ou d'une autre méthode appropriée. Dans le profil GUI, créer un profil pour chaque aquarium pour exécuter un 72 h (4320 min) exposition continue en utilisant les concentrations TSS affectées générées à partir de la table de nombres aléatoires.
    2. Utilisez jugement professionnel pour programmer initialement NTU pour répondre à des concentrations TSS dans chaque aquarium. Pour le contrôle (0 mg / L TSS) a fixé la NTU à 0; 100 mg / L de MES fixé NTU à 100; 250 mg / L de MES fixée à 280 NTU; et 500 mg / L de MES fixée à 600 NTU.
      REMARQUE: Chaque sonde OBS aura légèrement différente lecture NTU qui est inhérente à la fabrication de la sonde.
    3. Réglez l'heure d'ouverture des électrovannes du système d'eau à 10 s pour chaque aquarium.
    4. Enregistrer le profil pour chaque aquarium.
    5. Sous l'onglet Configuration Valve, le programme eau et bouevalve intervalle de cycle. Définissez l'intervalle de cycle de l'eau pour 600 s et le retard de la vanne d'eau pendant 5 s. Définissez l'intervalle de cycle de suspension pour 180 s, ouvrant pendant 3 s et retard pour 1 s.
      NOTE: Avec ce programme, dans un test de 72 h, le NTU dans chaque aquarium sera vérifiée 1.440 fois par l'ordinateur pour déterminer si la suspension supplémentaire sera introduit et les vannes d'eau va ouvrir 432 fois. ouvertures de soupape de Slurry sont positivement corrélés avec l'augmentation de NTU. En règle générale, à 100 mg / L valves à lisier pour un total approximatif de 5% de la durée d'exposition ou 72 ouvertures; 250 mg / L ≈ 11% (158) des ouvertures; et 500 mg / L ≈ 35% (504 ouvertures). Pour les échanges de volumes égaux entre les aquariums ajuster le temps d'ouverture des soupapes électromagnétiques de l'eau pour les aquariums affectés NTU inférieurs. Cela se traduira par une plus grande ouverture de valve de suspension à NTU inférieure.
    6. Remplir le réservoir de boue avec de l'eau de laboratoire de carbone filtré. Démarrer la pompe pour faire recirculer l'eau. Dans un récipient séparé, utilisez un mélangeur mécanique et homogénéiser test sédiments.
    7. Après que le sédiment est homogénéisée, enlever une petite partie (≈500 ml) et introduire dans la cuve de suspension à l'aide d'un bécher en polypropylène gradué. Continuer à introduire des sédiments jusqu'à 1000 NTU est atteint.
    8. Dans le programme, allez dans l'onglet Water Bath et commencer à tous les profils d'aquarium. Actionner Fuit pendant au moins 1 h afin NTU peut stabiliser dans chaque aquarium avant de recueillir un échantillon de sédiments en suspension. Mettez l'enregistrement des données à enregistrer des lectures NTU par chaque aquarium OBS.
    9. Mesurer TSS en utilisant trois échantillons de 100 ml d'eau prélevés dans chaque aquarium reçu de traitement TSS <500 mg / l. Mesurer séparément TSS en utilisant trois échantillons de 50 mL d'eau prélevés dans chaque aquarium d'un traitement TSS supérieure ou égale à 500 mg / L.
    10. Mesure TSS par des échantillons de filtrage à vide par le biais de pré-pesé 0,45 um papier filtre. Immédiatement après le filtrage, sécher le filtre et son contenu à 105 ° C pendant un minimum de 4 heures, puis on repèse à 0,1 mg près. Utilisez til moyenne des trois échantillons en tant que mesure de TSS dans chaque aquarium.
    11. Comparer les moyennes obtenues à la section 5.5.4 pour les mesures observées NTU enregistrées pour chaque aquarium. Reprogrammer les limites NTU jusqu'à ce que la concentration TSS désirée est atteinte (par exemple., 600 NTU de 500 mg / L TSS).
  6. Déterminer la taille des mailles de l'écran nécessaire pour contenir les animaux dans chaque aquarium.
    1. Pour les plus grands animaux tels que les poissons (par exemple.,> 3 cm) ou lieu de crustacés d' un écran sur le fond pour séparer les animaux de l'ouverture de la pompe. Installer un insert d'écran dans le débordement de vidange de la cloison de l'aquarium pour empêcher la fuite.
    2. Contenir les petites étapes de la vie tels que les œufs de poisson, les larves et les faire frire dans une chambre (10,16 cm de diamètre (id) de 12,7 cm de long (1,029 ml) en tube PVC) pour immergeant dans un aquarium Fuit (Figure 5).
      1. Couper trois 8,25 cm de large par 9,52 cm de long trous sur le côté de la chambre. Installez tissu d'écran de nylon sur le bottom de la chambre et sur les trous découpés de la partie. Utilisez un bouchon en PVC comme un couvercle amovible pour introduire et retirer les animaux de laboratoire.
      2. Découper un trou circulaire dans le bouchon suffisant pour la visualisation des animaux d'essai par le haut, tout en laissant un bord de fixation d'une toile de tamis en nylon. Installer tous les écrans à l'intérieur de la chambre pour empêcher les organismes d'entrer en contact avec les bords tranchants en PVC.
        REMARQUE: Sélectionnez une taille de maille de l'écran qui contient les animaux d'essai tout en permettant des sédiments d'essai en suspension pour entrer.
      3. Immerger complètement la chambre au milieu ou sur le côté d'un aquarium en le suspendant verticalement à l'aide de trois courtes longueurs de corde (# 18 blanc ligne maçon torsadée) et crochets construits à partir de fil électrique. Attachez l'attelage le noeud d'un Blake près de chaque crochet et ajuster la longueur de la corde pour niveler la chambre.
  7. Déterminer le nombre de réservoir d'aquarium le volume des échanges sont nécessaires par jour pour atteindre les objectifs du projet et la qualité de l'eau. Régler til régulateur de pression d'eau (voir section 2.2) et le solénoïde temps d'ouverture (par exemple, ouvert tous les 10 min 10 s) pour créer le débit d'eau désiré. Remplir des bains d'eau avec de l'eau et l'exploitation des échangeurs de chaleur du refroidisseur d'eau pour confirmer que les températures d'essai peuvent être atteints et maintenus.

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Figure 5. Fuit sous-chambre. Vue d'ensemble d'une sous-chambre d'exposition en suspension dans un aquarium sans sédiment ajouté (à gauche). Poisson larves de la taille appropriée peut être contenue dans la sous-chambre pour réduire la possibilité d'évasion et de blessures (à droite). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

6. Procédures expérimentales

  1. Allumez tout le matériel utilisé pour Fuit l'acquisition de données, le contrôle de l'instrument und automatisation. Remplissez le aquariums, des bains d'eau, et le réservoir d'eau avec l'eau d'essai souhaitée. Démarrez tous les échangeurs de chaleur de refroidissement de l'eau. Confirmer et régler le cycle de lumière.
    1. Remplir le réservoir de boue avec de l'eau du robinet filtrée de carbone. Démarrer la pompe pour faire recirculer l'eau. Utilisez un mélangeur mécanique et homogénéiser le conteneur de sédiments d'essai. Après que le sédiment est homogénéisée, enlever une petite partie (≈500 ml) et introduire dans la cuve de suspension. Continuer à introduire des sédiments jusqu'à 1000 NTU est atteint.
    2. Dans le profil GUI, créer un profil pour chaque aquarium pour exécuter un 72 h (4320 min) exposition continue en utilisant les mêmes affectations TSS utilisées dans la préparation. Utiliser les données obtenues lors des préparations expérimentales pour programmer NTU pour répondre à des concentrations TSS dans chaque aquarium. Pour le contrôle (0 mg / L TSS) a fixé la NTU à 0; 100 mg / L de MES fixé NTU à 100; 250 mg / L de MES fixée à 280 NTU; et 500 mg / L de MES fixée à 600 NTU.
    3. Sous l'onglet Configuration Valve, les données d'utilisation obtenues à partir de preparation (section 5.5.8) pour programmer l'intervalle de cycle de vanne d'eau et boue. Définissez l'intervalle de cycle de l'eau pour 600 s et le retard de la vanne d'eau pendant 5 s. Définissez l'intervalle de cycle de suspension pour 180 s, ouvrant pendant 3 s et retard pour 1 s.
    4. Introduire des animaux dans des aquariums à l'aide des lignes directrices énoncées dans le protocole de protection des animaux et l'utilisation approuvée. Pour les œufs, le transfert de la cuve de rétention à une chambre d'exposition par l'intermédiaire d'une pipette de transfert en plastique. Pour les plus gros poissons, comme fingerlings (longueur totale 2-8 cm), utiliser un filet d'aquarium en nylon.
  2. Après les animaux sont stockés dans des aquariums, accédez à l'interface graphique et dans l'onglet Water Bath démarrer tous les profils d'aquarium. Actionner Fuit pendant au moins 1 h afin NTU peut stabiliser dans chaque aquarium avant de recueillir un échantillon de sédiments en suspension. Mettez l'enregistrement des données à enregistrer des lectures NTU par chaque aquarium OBS.
  3. Maintenir Fuit quotidiennement par Ouillage réservoirs d'eau et de boue avec de l'eau d'essai et les sédiments.
    NOTE: La fréquence des introductions en suspension est positively en corrélation avec l'augmentation des niveaux NTU. Par conséquent, la quantité d'eau et des sédiments utilisés chaque jour dépend des échanges de volumes programmés NTU et souhaités. Typiquement, 25-50 gal peut être utilisée chaque jour de l'eau ou de lisier.
    1. Essuyez doucement les sondes OBS quotidien avec un chiffon humide pour enlever l'accumulation de sédiments sur la face du capteur. Vérifiez les refroidisseurs d'eau et pompes pour le fonctionnement normal. Recueillir des mesures TSS simultanées par jour pour prédire TSS pour le reste de la journée à partir de mesures NTU enregistrées à des intervalles déterminés par le programme informatique.
  4. Mesurer la température, l'oxygène dissous, le pH (et d'autres paramètres en fonction de l'espèce et d'autres exigences) par jour pour chaque aquarium à l'aide d'une sonde multi-instrument portatif qualité de l'eau prévu à cet effet.
  5. Termine une expérience automatiquement en spécifiant la durée d'exposition dans chaque profil d'aquarium ou manuellement en arrêtant tous les profils d'aquarium.
  6. Déterminer paramètres expérimentaux à be mesurée comme le succès de l'éclosion, le temps d'éclore, la mortalité, la croissance (longueur et poids), et de la morphologie brute.

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Résultats

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Une série d'essais opérationnels est effectuée avant de commencer une expérience pour assurer que le Fuit délivre les concentrations appropriées de sédiments à chaque aquarium (sections 5.5 et 6.2). La figure 6 illustre la façon dont les concentrations NTU sont maintenues dans des aquariums expérimentaux pour obtenir des concentrations de sédiments cibles en suspension. Dans cet exemple, Fuit évalué si les sédiments en suspension pourrait être maintenue sur une période d...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La technologie Fuit améliore les méthodes existantes 4,9 en maintenant et en contrôlant les sédiments en suspension sur une large gamme de temps d'exposition et les concentrations de sédiments en suspension en utilisant un système contrôlé par ordinateur automatisé. La technologie est si flexible qu'il peut être utilisé pour évaluer les effets des sédiments en suspension dans de multiples espèces aquatiques et les stades de développement de différentes tailles à partir d'oeufs aux adultes en fonct...

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Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les opinions, interprétations, conclusions et recommandations sont celles des auteurs et ne sont pas nécessairement approuvées par l’armée américaine. Les citations d’organisations commerciales ou de noms commerciaux dans ce rapport ne constituent pas une approbation officielle du ministère de l’Armée ou des produits ou services de ces organisations. Les auteurs Burton C. Suedel et Justin L. Wilkens, tous deux du Centre de recherche et de développement des ingénieurs de l’armée américaine, déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette recherche a été financée par le programme de recherche sur les opérations de dragage et l’environnement du Corps des ingénieurs de l’armée américaine, Todd Bridges, directeur. L’autorisation a été accordée par le chef des ingénieurs de publier ce matériel.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Liste des pièces pour un module FLEES, un bain<>marie et un poteau l’aquarium
, bois - utilisé pour construire le module (coupé à 78 po)Vendeur localN/AQuantité : 4
Taille : 4 po x 4 po x 8 pi
Contreplaqué, qualité marine - fixé à des poteaux en bois à environ 18 po du sol - pour tenir le bain d’eau (60 po x 42 po)Fournisseur localN/AQuantité : 1
Taille : 3/4 po x 4 pi x 8 pi
Contreplaqué - fixé sur des poteaux en bois - pour maintenir des tuyaux, des solénoïdes et de l’électricité (60 po x 42 po)Fournisseur localN/AQuantité : 1
Taille : 1/4 po x 4 pi x 8 pi
montant, bois - utilisé pour contreventer le contreplaqué et les poteaux en bois (coupés pour s’adapter)Vendeur localN/AQuantité : 4
Taille : 2 po x 4 po x 96 po
, fibre de verre - bain-marie avec deux drains : 1) pour alimenter le refroidisseur ; et 2) pour drainer l’eauHydro Composites, LLC, Stockdale, TX, USAFBT-226Quantité : 1
Taille : refroidisseur de 150 gallons
, eau avec pompe autonome - pour bain-marie ; le refroidisseur se trouve sous le moduleRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, USACFF-500Quantité : 1
Taille : 1/2 hp
réservoir, fond bombé - FLEES aquaria - s’asseoir à l’intérieur du bain-marieUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA5197Quantité : 5
Taille : 19 L
réservoir, support - support en acrylique, 12 po x 12 po x 6 po - pour contenir des aquariumsconstruits sur mesure par les magasins ERDCN/AQuantité : 5
Taille :
pompe personnalisée, entraînement magnétique - pour suspendre les sédiments dans chaque aquariumMarch Manufacturing Inc., Glenview, IL, USAMDX-3-1/2 115 vQuantité : 5
Taille : 28 litres par minute
lumière, LED - installée sur le bain-marieC2 Development, Inc., Ames, IA, USAHydra 26Quantité : 2
Taille : en fonction de la zone à éclairer
tuyau, PVC programme 40 - installé dans le drain du bain-marie pour contrôler le niveau d’eauFournisseur localN/AQuantité : -
Taille : 1 in
raccords, cloison - pour les raccords d’aquarium / bain-marie aux pompes, drains, conduites d’eau et de lisierLifegard Aquatics, Cerritos, CA, USAR270900Quantité : 30
Taille : 1/2 po FPT x
raccords FPT, raccords rapides, inserts filetés de tuyau mâle - insertion dans la cloison du réservoirCole-Parmer, Vernon Hills, IL, USAEW-31303-36Quantité : 10
Taille : 1/2 po Raccords MPT
, déconnexion rapide, cannelures de tuyau à valve - connexion entre l’aquarium et l’insert dans la cloison du réservoirCole-Parmer, Vernon Hills, IL, USAEW-31303-11Quantité : 10
Taille : 1/2 po
raccords, coude fileté en PEHD noir - pour les raccords de tubes en vinyle Aquaria à la conduite de boue/eau et à la pompeUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA62043Quantité : 20
Taille : 1/2 NPT x 1/2 po Raccords d’identification du tuyau
, adaptateur fileté en PEHD noir - pour les connexions entre la pompe et la cloison du réservoirUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA62017Quantité : 10
Taille : 1/2 NPT x 1/2 po Tube d’identification du tuyau
, vinyle - connecter la conduite de boue/eau aux aquariums et pour connecter les pompes aux aquariumsFournisseur localN/AQuantité : 25 ft
Taille : 1/2 po Tube de diamètre
, vinyle - se connecter aux drains d’aquarium, inserts et drain de bain-marieFournisseur localN/AQuantité : 25 pi
Taille : 5/8 po ID
collier, tuyau, acier inoxydable - pour fixer le tube en vinyle aux ardillons du tuyauFournisseur localN/AQuantité : 40
Taille : #8
Liste des pièces pour système de boue
refroidisseur, eau avec pompe autonome - se trouve sur le côté du réservoir à lisierRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, USACFF-500Quantité : 1
Taille : 1/2 hp
125 gallon réservoir à fond de cône supérieur ouvert avec support - 42 in x 35 in - contient l’eau et les sédiments pour faire du lisierUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8586Quantité : 1
Taille : 125 gal
Couvercle pour réservoir de 125 gallonsUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8935Quantité : 1
Taille : 42 po x 35 po
vanne, PVC - connecter le drain du réservoir à la pompe - isoler pourl’entretien fournisseur local de plomberieN/AQuantité : 2
Taille : 1-1/2 po
pompe, double membrane montée sur support - utilisée pour recirculer le lisierWilden-pumps.co.uk & Air Pumping Ltd., Essex, Royaume-UniP2/PPPP/WF/WF/PTV/400Quantité : 1

capteur de distributeur de contact
, rétrodiffusion optique - mesurer NTU dans une cuve à lisierCampbell Scientific, Logan, UT, USAOBS-3+Quantité : 1
Taille : 0-1 000
NTU tuyau, PVC Schedule 40 - pour faire recirculer le lisierfournisseur local de plomberieN/AQuantité : 20 ft
Taille : 1 po
tuyau, PVC flexible - équipé d’un raccord et utilisé pour se connecter au module suivantfournisseur local de plomberieN/AQuantité : 10 ft
Taille : 1 in
union, PVC Schedle 80 Socket - connecter la ligne de boue avec le module suivantfournisseur local de plomberieN/AQuantité : 8
Taille : Solénoïde de 1/2 po
, plastomatique (normalement fermé) - introduire le lisierPlast-O-Matic Valves, Inc., Cedar Grove, NJ, USAEASYMT4V12R24-PVQuantité : 5
Taille : 1/2 po NPT fileté, 24 VAC
raccord de
distributeur, té en PVC - connecter le tuyau de boue avec solénoïdefournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 1 po x 1 po x 1 po x 1 po x fiche x FIPT
raccords, 1 po Robinet à boisseau sphérique en PVC fileté - fermé pour la distribution du lisier aux conduites de solénoïde/eaufournisseur local de plomberieN/AQuantité : 7
Taille : 1/2 po
raccords, 1 po PVC fileté - connecter le solénoïde du lisier à la vanne d’arrêtfournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 1/2 po
de tube, vinyle - connexion entre le solénoïde d’eau et le solénoïde de boueFournisseur localN/AQuantité : 50 ft
Taille : 1/4 » ID
Liste des pièces pour le système d’eau
chiller, eau avec pompe autonome - se trouve à côté du réservoirRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, USACFF-500Quantité : 1
Taille :
Réservoir à fond de cône supérieur ouvert de 1/2 hp 125 gallons avec support - 42 po x 35 po - contient l’eau et les sédiments pour faire du lisierUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8586Quantité : 1
Taille : 125 gal
Couvercle pour réservoir de 125 gallonsUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8935Quantité : 1
Taille : Vanne de 42 po x 35 po
, PVC - connecter le drain du réservoir à la pompe à eaufournisseur local de plomberieN/AQuantité : 2
Taille : pompe de 1 po
, entraînement magnétique, utilisation en ligne - utilisé pour faire recirculer l’eau vers les aquariums et le refroidisseurLittle Giant, Fort Wayne, IN, USA3-MD-SCQuantité : 1
Taille : solénoïde 1/12
hp, Alco - Introduce WaterCessé ; ASCO, Florham Park, NJ, USA pour similaireN/AQuantité : 5
Taille : 24 v, raccords NIPT 1/4 po
, connecteur réducteur en PEHD noir - connecter la conduite d’eau de tuyau de 1/4 po du solénoïde à 1/2 po tuyau fournisseurlocal de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 1/2 po de diamètre intérieur du tuyau x 1/4 po de raccords de diamètre intérieur
, té en PEHD noir - connecter le tuyau de 1/2 po à la conduite d’eau et le lisier auxaquariums fournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 1/2 po NPT x 1/2 po ID du tuyau x 1/2 po Raccords ID du tuyau
, coude de ruefournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 1/2 po 90° ; Raccords MIPT x FIPT
, raccords filetés en PVC - connecter les raccords union avec des solénoïdes et d’autres connexionsfournisseur local de plomberieN/AQuantité : 12
Taille : raccords 1/2 po
, filetés union - connecter les conduites de boue/eau avec le module suivantfournisseur local de plomberieN/AQuantité : 6
Taille : 1 po PVC
raccords, douille réductrice - se connecter au té réducteur dans la conduite d’eaufournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 1/2 po mâle par 1/4 po femelle Raccords FIPT
, mamelons de tuyau filetés - connexion entre la douille et le solénoïde d’eaufournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5
Taille : 4 po de long x 1/4 po
tuyau, PVC - effectuer des connexions entre le réservoir, la pompe et le refroidisseurFournisseur local de plomberieN/AQuantité : 5 ft
Taille : Schedule 40
Liste des pièces pour les capteurs, le périphérique d’acquisition de données et les logiciels informatiques
software, LabViewNational Instruments, Austin, Texas, USAQuantité de base :1
Taille : N/A
SCXI-1001 Châssis à 12 emplacements, U.S. 120 VACNational Instruments, Austin, Texas,États-Unis 776571-01Quantité : 1
Taille : N/A
SCXI 1100 - 32 canaux, ± ; Module d’entrée analogique 10 VNational Instruments, Austin, Texas, États-Unis776572-00Quantité : 1
Taille : N/A
SCXI 1303 - Bornier conçu pour des mesures de thermocouple de haute précisionNational Instruments, Austin, Texas, États-Unis777687-03Quantité : 2
Taille : N/A
SCXI 1102B - Module d’entrée de thermocouple/tension 32 voiesNational Instruments, Austin, Texas, États-Unis776572-02BQuantité : 1
Taille : N/D
SCXI 1161 - Module de relais à usage généralNational Instruments, Austin, Texas, USA776572-61Quantité : 6
Taille : N/A
SCXI 1300 - Module de tension à usage généralNational Instruments, Austin, Texas, USA777687-00Quantité : 1
Taille : N/A
PCMCIA Card DAQCARD-AI-16E-4National Instruments, Austin, Texas, USAN/A - legacyQuantité : 1
Taille : N/A
cartes utilisées disponibles en ligne
capteur, rétrodiffusion optique - mesure NTU dans chaque aquariumCampbell Scientific Inc., Logan, UT, USAOBS-3+Quantité : 5
Taille : 0-1 000 NTU
réservoir

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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  3. Reine, K. J., Dickerson, D. D., Clarke, D. G. Environmental windows associated with dredging operations. DOER Technical Notes Collection. ERDC TN DOER-E2. , U.S. Army Engineer Research and Development. Vicksburg, MS. (1998).
  4. Wilber, D. H., Clarke, D. G. Biological effects of suspended sediments: A review of suspended sediment impacts on fish and shellfish with relation to dredging activities in estuaries. N Am J Fish Manag. 21, 855-875 (2001).
  5. Suedel, B. C., Lutz, C. H., Clarke, J. U., Clarke, D. G. The effects of suspended sediment on walleye (Sander vitreus) eggs. J. Soils Sediments. 12, 995-1003 (2012).
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  8. Plumb, R. H. Procedure for handling and chemical analysis of sediment and water samples, EPA/CE-81-1. , U.S. Environmental Protection Agency/U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station. Vicksburg, MS. Technical Report (1981).
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  11. Wilkens, J. L., Katzenmeyer, A. W., Hahn, N. M., Hoover, J. J., Suedel, B. C. Laboratory test of suspended sediment effects on short-term survival and swimming performance of juvenile Atlantic Sturgeon (Acipenser oxyrinchus oxyrinchus). J. Appl. Ichthy. 31, 984-990 (2015).
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  13. Bilotta, G. S., Brazier, R. E. Understanding the influence of suspended solids on water chemistry and aquatic biota. Water Res. 42, 2849-2861 (2008).
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Mots-clés

Suspended SedimentFlow Through ExposureAquatic LifeFish Larvae ExposureTotal Suspended SolidsEnvironmental ToxicologySediment SuspensionTurbidity MeasurementLaboratory AquariaDredging Impact

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