Method Article

Un sistema di esposizione di flusso-through per valutare sospeso Sedimenti Effetti sulla vita acquatica

DOI:

10.3791/54937

⸱

January 9th, 2017

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

In This Article

Summary

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

Viene presentato un sistema di esposizione a flusso continuo robusto e flessibile progettato per mantenere i sedimenti in sospensione. Il sistema viene utilizzato per studiare gli effetti dei sedimenti sospesi su varie specie acquatiche e sulle fasi di vita in laboratorio.

Abstract

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Questo articolo descrive il Sistema di Esposizione delle Larve e delle Uova di Pesce (FLEES). Il sistema di esposizione a flusso continuo viene utilizzato per studiare gli effetti dei sedimenti sospesi su varie specie acquatiche e sulle fasi di vita in laboratorio utilizzando pompe e automatizzando l'erogazione di sedimenti e acqua per simulare la sospensione dei sedimenti. I dati FLEES vengono utilizzati per sviluppare curve esposizione-risposta tra gli effetti sugli organismi acquatici e le concentrazioni di sedimenti sospesi alla durata dell'esposizione desiderata. I dati sugli effetti vengono utilizzati per valutare le pratiche di gestione utilizzate per ridurre le interazioni tra gli organismi acquatici e le cause antropiche dei sedimenti sospesi. Il FLEES è in grado di generare concentrazioni di solidi sospesi totali (TSS) da un minimo di 30 a un massimo di 800 mg/L, rendendo questo sistema la scelta ideale per valutare gli effetti del TSS derivanti da molte attività, tra cui la simulazione di bassi livelli ambientali di TSS per valutare le fonti di sedimenti sospesi dalle operazioni di dragaggio, dal traffico navale, fresche e tempeste.

Introduction

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operazioni di dragaggio utilizzano metodi meccanici per rimuovere sedimenti del fondo di porti e canali di navigazione. Durante la rimozione, una parte del sedimento disturbato è sospeso nella colonna d'acqua, potenzialmente rendendo questa fonte di stress fisico per specie acquatiche. Oltre alla sospensione, il sedimento può essere trasportato dalla chiatta da condizioni ambientali prima sedimentazione della colonna d'acqua. La combinazione di questi due meccanismi significa che un organismo acquatico verificano vicino da un draga operativo può essere esposto a sedimenti in sospensione e soffrire effetti avversi. Per far fronte a tali preoccupazioni, finestre ambientali (restrizioni di dragaggio stagionale) sono abitualmente utilizzati come una pratica di gestione per ridurre o eliminare il rischio di effetti potenzialmente nocivi di sedimenti in sospensione dalle attività di dragaggio sulle risorse acquatiche 1,2.

finestre ambientali sono più comunemente stabiliti per proteggere in via di estinzione, minacciate oSpecie valore commerciale come la glaucomi (Sander vitreus) e ostrica orientale (Crassostrea virginica) 3. La giustificazione di supporto per imporre le finestre ambientali spesso si concentra su come le attività di dragaggio possono potenzialmente fisicamente disturbare (ad esempio, i sedimenti in sospensione) la capacità di un animale di completare una parte specifica della sua storia di vita. Le fasi della vita comunemente citati sono uova e larve per mantenere le rotte migratorie aperto per le specie anadrome 3. Tuttavia, vi sono informazioni limitate per quanto riguarda specie-specifici effetti biologici rilevanti per 4,5 sedimenti in sospensione a disposizione per informare utilizzando finestre ambientali come strumento di gestione del rischio.

Per queste ragioni, la fugge è stato progettato, costruito e utilizzato per simulare la sospensione dei sedimenti, e per determinare i suoi effetti sulla prime fasi di vita degli organismi acquatici. Fugge studi utilizzano particelle di sedimenti a grana fine (cioè, prevalentemente limi,argille e sabbie fini), che hanno più probabilità di rimanere in sospensione e migrano più lontano dalla sorgente. Il fugge è capace di uova di test e larve di pesce, ma può anche essere montato ad accogliere altri organismi acquatici, rendendolo una capacità unica. I dati della risposta biologica risultanti possono essere utilizzati per valutare gli effetti dei sedimenti in sospensione. Le seguenti procedure forniscono una panoramica di come la tecnologia può essere costruito e gestito per produrre concentrazioni di sedimenti in sospensione ripetibili e dati gli effetti utilizzando varie specie acquatiche.

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Protocol

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Tutto fugge esperimenti con vertebrati sono stati eseguiti sotto la Ingegnere appropriata Centro di Ricerca e Sviluppo (ERDC) Laboratorio Ambientale Istituzionale cura degli animali e utilizzare i protocolli.

1. fugge moduli, bagno d'acqua, e Aquaria

  1. Ottenere i messaggi in legno, borchie e compensato per la costruzione del modulo. Costruire i moduli (in numero e dimensioni) simile a un banco di lavoro di base per soddisfare gli obiettivi di ricerca.
    1. Tagliare il compensato (0,127 cm) per la parte superiore e la mensola. Tagliare i posti (10,16 x 10,16 cm) per le gambe. Per la parte superiore, tagliare i perni (5,08 x 10,16), costruire un telaio e fissare il compensato al telaio. Tagliare una tacca nella parte superiore di ciascuna gamba per creare una sporgenza e imbullonare il telaio superiore alle gambe.
    2. Per la mensola, tagliare i perni (5,08 x 10,16), costruire un telaio e fissare compensato (0,127 cm) al telaio. Tagliare una tacca dalle gambe 45 cm dal fondo e imbullonare il telaio mensola per le gambe. Assicurarsi che il montaggio è quadrata e di livello.
  2. Ottenere vasche da bagno l'acqua da un serbatoio in vetroresina produttore specializzato in vasche di acquacoltura. Inserire nel modulo di stare un carro armato non più grande di 152 cm di lunghezza x 91 cm di altezza di larghezza x 61 cm. Incorporare due giunti a frizione 2,54 cm cloruro di polivinile (PVC) su una estremità del serbatoio fibra glassing giunti a filo con l'interno del fondo vasca.
    1. Posizionare deposito sul supporto del modulo costruito con gli scarichi del serbatoio affacciata all'estremità dell'acqua basamento si scaricherà (Figura 1). Segnare sul pavimento del compensato dello stand dove si trovano i fori serbatoio.
    2. Inserire il serbatoio e l'utilizzo di un foro di 3,175 centimetri visto tagliare due fori nel legno compensato per gli scarichi del serbatoio. Far scorrere il serbatoio in modo che i canali di scolo siedono nei fori tagliati. Collegare uno dei canali di scolo serbatoio ad un tombino e l'altro ad uno scambiatore di calore acqua refrigerata.
      NOTA: Questa sezione presuppone uno scarico fognario è già in atto.


Figura 1. Schema del pesce larve e uova di esposizione del sistema (fugge). Il fugge è modulare e quindi è trasportabile. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Figura 2. serbatoio in polietilene. Una cupola del serbatoio 19 L in polietilene in basso mostra la scarico di troppo pieno (in alto, con inserto schermo; 1.3.1, 5.6.1), ingresso acqua liquami (gomito destro, 1.3.2), uscita della pompa (in basso al centro, 1.3.3), pompa (in basso fuori centro; 1.3.4) di ingresso, la sonda OBS e morsetto (4.1), e schermo inferiore (anello nero su fondo; 5.6.1). Clicca qui per vedere una versione più grande di tla sua figura.

  1. Ottenere un 19 L a cupola serbatoio in polietilene basso (27.9 cm di diametro x 36,2 centimetri di altezza).
    1. Per costruire uno scarico di troppo pieno, utilizzare una sega a tazza e tagliare un foro del diametro di 2,54 centimetri 5 cm dalla parte superiore del serbatoio. Installare un raccordo paratia e un inserto sulla parte esterna della paratia per servire come scarico di troppo pieno.
    2. Per costruire l'ingresso / acqua liquami, utilizzare una sega a tazza e tagliare un altro foro di diametro 2,54 centimetri 5 cm dalla parte superiore dell'acquario. Installare un altro raccordo paratia e un filettata sbavatura tubo a gomito (Figura 2).
    3. Per costruire l'uscita della pompa, utilizzare una sega a tazza e tagliare un foro di diametro 2,54 centimetri attraverso il centro del fondo vasca e installare un raccordo paratia. Infilare il lato esterno della paratia con un raccordo del tubo flessibile gomito.
    4. Per costruire l'ingresso della pompa, utilizzare una sega a tazza e tagliare un altro foro del diametro di 2,54 centimetri situato fuori dal centro del fondo del serbatoio ed installare un raccordo paratia. Infilare il lato esterno dellaparatia con un raccordo del tubo flessibile gomito.
  2. Sul lato esterno del serbatoio di bagno d'acqua, misura 9 cm dal fondo e disegnare una linea lungo la lunghezza della vasca. Seguendo la linea e con una sega a tazza, tagliare una coppia di fori del diametro di 2,54 cm lungo la lunghezza del bagno d'acqua per ogni acquario (10 fori totali; distribuire uniformemente). Installare i raccordi paratia.
  3. Ottenere pompe a trascinamento magnetico (portata massima 28 l / min) per il ricircolo dell'acqua in acquari e sospende sedimenti. Montare le pompe ad un supporto che si inserisce sotto il bagno di acqua lungo il lato contenente i fori per il collegamento alla acquari. Installare un interruttore cavo di linea per ogni pompa o filo le pompe ad un commutatore per l'alimentazione.
  4. Infilare il lato esterno delle paratie serbatoio da bagno di acqua con le sbavature del tubo flessibile. Collegare il tubo vinilico all'ingresso e all'uscita della pompa e collegarlo alle paratie andando all'acquario appropriata. All'interno del bagno d'acqua installazione di un inserto a sgancio rapido nella paratia.
    5. Posizionare i acquari nel bagnomaria in due file; con tre acquari di una fila disposti lungo la lunghezza del bagno d'acqua e le rimanenti acquari della seconda fila (Figura 3).

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Figura 3. bagnomaria. Descrizione di un bagno d'acqua con cinque acquari disposti su due file. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

  1. Collegare ogni acquario per una pompa. Collegare il tubo in vinile per le barbe dei tubi installati sul fondo delle acquari e allegare alla rapida valvola di disconnessione portagomma. Collegare le disconnessioni rapide tra la pompa e l'acquario. Installare una valvola a sfera in questo contesto per isolare la pompa per scopi di manutenzione.
  2. Collegare scarico di troppo pieno di ogni acquario di un comunedrenare via la tubazione in vinile. Collegare lo scarico comune per lo scarico bagnomaria.
  3. Collegare ingresso liquami / acqua di ogni acquario al sistema liquami e acqua installato sulla sommità del modulo.
  4. Montare due apparecchi diodi emettitori di luce, progettato per gli acquari, circa 60 cm sopra le acquari in ogni modulo. Utilizzare un controller di luce (in modalità wireless collegata alle luci) per variare l'intensità luminosa, di colore chiaro, e il ciclo di luce (ad esempio, 16 ore di luce:. 8 h scuro) per soddisfare le esigenze sperimentali.
  5. Installare un timer in laboratorio per controllare illuminazione ambiente.

2. Sistema Slurry

  1. Inserire un cono-fondo vasca polietilene 450 L con coperchio e basamento alla fine dell'ultimo modulo in linea (entrambe le estremità può essere utilizzato) per servire come serbatoio slurry. Montare una piccola pompa sommergibile all'interno del serbatoio per creare lo slurry sedimenti / acqua. Installare uno scambiatore di calore dell'acqua di raffreddamento adiacente al serbatoio per controllare la temperatura slurry. Usare unsega a tazza, praticare un foro 2,54 centimetri nella copertura del serbatoio per fornire accesso ad un sensore di torbidità per monitorare lo slurry (Figura 4).

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Figura 4. serbatoio liquami. Cone-fondo della vasca liquami con coperchio e supporto poli. temperatura dell'acqua Slurry è controllata dal refrigeratore acqua situato sul pavimento sinistra del basamento. Il serbatoio è collegato ad un Aeropulsometro doppia membrana (primo piano a sinistra) per fornire slurry per ogni acquario (2.2). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

  1. Montare una pompa a doppia membrana ad azionamento pneumatico su un supporto accanto al serbatoio slurry. Collegare lo scarico del serbatoio liquami all'ingresso della pompa. Incorporare un tee PVC (per liquami direttamente alla pompa o allo scarico di laboratorio) e valvole di Connect serbatoio alla pompa per isolare il serbatoio e la pompa per la manutenzione. Per alimentare la pompa, collegarlo al compressore d'aria del laboratorio di costruzione.
  2. Per fornire slurry a ciascun acquario su richiesta, montare tubo in PVC sulla parte superiore dei moduli e creare una linea di ricircolo. Al punto di utilizzo si trova più lontano dal serbatoio slurry, installare una linea di ritorno per trasportare slurry inviata al serbatoio. Utilizzare raccordi in PVC e sindacali flessibili per il collegamento tra i moduli.
  3. Collegare le valvole a solenoide liquami al tubo di ricircolo fanghi con tees, valvole a sfera e raccordi sindacali, per isolare solenoidi dal tubo in PVC principale per la manutenzione. Assicurarsi che le elettrovalvole si trovano sopra l'acquario che fornirà.
  4. Utilizzando una sega a tazza, tagliata 2,54 cm di diametro fori nella parte superiore del modulo per collegare ciascuna elettrovalvola all'acquario appropriata.
  5. Collegare il tubo in PVC montato sulla parte superiore del modulo vicino al serbatoio slurry alla pompa utilizzando flexibl pneumaticae raccordi in PVC e sindacali. Collegare la linea di ritorno alla parte superiore del serbatoio slurry.
  6. Per regolare la quantità di impasto introdotto dalla elettrovalvola, installare un regolatore di pressione dell'acqua nella linea di ritorno. Regolare per creare la pressione desiderata.

3. Impianto dell'acqua

  1. Installare un secondo serbatoio di polietilene del volume appropriato (ad esempio, 500 L) con copertura e stand per servire come un serbatoio dell'acqua. Installare uno scambiatore di calore dell'acqua di raffreddamento adiacente al serbatoio per controllare la temperatura dell'acqua. Montare una pompa a trascinamento magnetico vicino al serbatoio dell'acqua. Collegare il serbatoio dell'acqua e la pompa come descritto nella Sezione 2.2.
  2. Per fornire acqua per ogni acquario su richiesta, montare tubo in PVC sulla parte superiore dei moduli e creare una linea di ricircolo. Montare il tubo in PVC superiore al tubo di liquame di ricircolo. Al punto di utilizzo si trova più lontano dal serbatoio di acqua, installare una linea di ritorno per trasportare acqua inviata al serbatoio. Utilizzare PVC flessibile e union raccordi per il collegamento tra i moduli.
  3. Collegare le valvole dell'acqua elettrovalvole al tubo dell'acqua di ricircolo con tees, valvole a sfera, e raccordi sindacali per isolare solenoidi dal tubo in PVC principale per la manutenzione. Montare i solenoidi dietro e superiore alla valvola a solenoide slurry. Collegare la valvola elettromagnetica dell'acqua alla valvola a solenoide slurry tramite raccordi tubi vinile e portagomma in modo che quando il solenoide dell'acqua accende sarà lavare restante slurry dalla linea.
  4. Collegare il tubo in PVC montato sulla parte superiore del modulo vicino al serbatoio dell'acqua alla pompa dell'acqua utilizzando raccordi in PVC ed unione flessibili. Collegare la linea di ritorno alla parte superiore del serbatoio dell'acqua.
  5. Per regolare la quantità di acqua introdotta dalla elettrovalvola, installare un regolatore di pressione dell'acqua nella linea di ritorno. Regolare per creare la pressione desiderata.

4. Sensori, acquisizione dati, controllo dello strumento e di automazione

  1. Installare un sensore ottico di backscatter(OBS) in ogni acquario, accanto alla presa liquami / acqua per misurare la torbidità (Unità nefelometrica, NTU). Posizionare il sensore in modo che sia sommersa circa 5 cm sotto la superficie dell'acqua con il sensore rivolto verso il centro della vasca. . Utilizzare un morsetto o altro dispositivo per montare il sensore.
  2. Utilizzando una sega a tazza, trapano almeno due 2,54 cm di diametro fori di accesso nella parte superiore di ciascun supporto del modulo per consentire l'accesso di cordicelle OBS per quadri elettrici montati sulla parte superiore di ciascun modulo.
  3. Installare un OBS nel serbatoio slurry e posizionare il sensore in modo che sia completamente sommerso circa 20 cm sotto la superficie dell'acqua.
  4. Legare le valvole dell'acqua e dei liquami solenoide, il OBSS trova in ogni serbatoio acquario e slurry, e una termocoppia situata in ciascuno bagnomaria, in quadri elettrici montati sulla parte superiore del modulo e ad un dispositivo di acquisizione dati. Installare sgancio rapido alle estremità terminali di tutto il cablaggio, ove possibile.
  5. Utilizzare un sistema di plat-designforma e ambiente di sviluppo per progettare un'applicazione informatica per l'acquisizione dati, controllo della strumentazione e automazione 6. Con questo programma, progettare un'applicazione per integrare le valvole a solenoide e OBS per la misurazione della torbidità e l'introduzione di liquami e acqua in ogni acquario.
  6. Per creare una varietà di regimi di esposizione NTU, progettare il programma per creare profili individuali per ogni acquario 6. Creare una scheda e interfaccia grafica utente (GUI) per i profili programmazione acquario. Etichettare la scheda 'Profili'.
    1. Programmare il software per il controllo della durata di esposizione in minuti per ogni acquario. Incorporare una sequenza ciclo di ripetere continuamente le istruzioni durata dell'esposizione fino a una certa condizione è raggiunta, come periodo di tempo. Incorporare una iterazione per controllare quante volte il ciclo si ripeterà prima di terminare o passare al successivo set di istruzioni.
    2. Programmare il software per impostare un livello di NTU in ogni acquario. Integrare la NTU lEvel nella durata dell'esposizione stesso loop / sequenza di iterazione controllo. Utilizzare questa funzione per creare una varietà di regimi di esposizione (ad esempio, continua, pulsata, o nessuna) per durate specificati.
    3. Programmare il software per controllare il tempo delle elettrovalvole dell'impianto idrico apertura per introdurre acqua in ogni acquario in secondi (ad esempio, 10 s per un acquario 1, 25 s per acquario 2, etc.). Integrare il solenoide dell'acqua orari di apertura nella sequenza di loop / iterazione controllare la durata dell'esposizione e livelli NTU.
    4. Progettare il programma per salvare tutti i passi sotto 4.4 come un 'profilo' per ogni acquario. Include la possibilità di consentire a un utente di richiamare i profili salvati.
  7. Creare una nuova scheda e interfaccia grafica. Etichettare la scheda 'stato del profilo'. Progettazione grafica per visualizzare una sintesi diretta del profilo attualmente caricato compresi sequenza attiva ciclo, tempo di prova trascorso e tempo rimanente.
  8. Creare una nuova scheda e GUI perl'impostazione dei valori elettrovalvola acqua e di sistema liquami. Etichettare la scheda 'Configurazione Valve'.
    1. Programmare un intervallo di ciclo valvola dell'acqua in pochi secondi. Progettare questo intervallo come una sequenza ciclo utilizzato per impostare il tempo tra gli eventi quando tutti i solenoidi del sistema in acque libere consecutivamente (in fase 4.4.3 programmato dall'utente per quanto tempo ciascuna valvola rimarrà aperta). Programmare un ritardo valvola dell'acqua in pochi secondi. Utilizzare la funzione di ritardo per impostare il tempo tra le valvole di apertura (ad esempio, 2 s dopo la valvola precedente chiusi prossimo valvola si apre).
    2. Programmare un intervallo di ciclo valvola di liquami in pochi secondi. Progettare questo intervallo come una sequenza ciclo per impostare il tempo tra gli eventi quando tutti i livelli NTU misurati dai OBS in ogni acquario vengono confrontati con il set NTU nel profilo acquario. Controllare le valvole e sensori consecutivamente. Se un NTU in acquario è inferiore impostando il profilo NTU programmare un computer per aprire la valvola slurry.
    3. Programmare un tempo di apertura della valvola liquami in pochi secondi. Usa questofunzione per controllare quanto tempo una valvola rimane aperta se è necessaria liquame. Programmare un ritardo valvola di liquami in pochi secondi. Utilizzare il ritardo per impostare il tempo tra apertura delle valvole.
      NOTA: Assicurarsi che l'intervallo di ciclo (fase 4.6.1 e 4.6.2) è sufficientemente lungo per consentire di condotte idriche e liquami introduzioni prima che inizi il prossimo ciclo.
    4. Creare pulsanti per attivare manualmente / off ogni valvola dell'acqua dell'acqua e il sistema di liquami.
  9. Creare una nuova scheda e interfaccia grafica per la configurazione dei sensori OBS situati in ogni serbatoio acquario e liquami (N = 16). Etichettare la scheda 'Configurazione OBS'. Dare ad ogni OBS un nome.
    1. Creare una funzione per inserire i dati dal certificato di prova del produttore OBS per calcolare le correzioni per ogni OBS. Inserire lo standard NTU basso (più basso registrato NTU) e lo standard NTU alto (più alto NTU registrata), così come la gamma di tensione per la bassa e alta NTU.
  10. Creare una nuova scheda e interfaccia grafica per visualizzare in tempo reale le misurazioni NTU e impostazione NTU per ogni acquario, come purela temperatura dell'acqua in ogni bagnomaria. Creare un pulsante per avviare / arrestare tutti i profili. Creare la capacità di mettere in pausa o interrompere un profilo individuale individualmente.
    1. Creare una funzione per registrare le letture di temperatura acqua per ogni bagno d'acqua, le impostazioni NTU e misure per ogni acquario e ora i dati del timbro in un foglio di calcolo. Etichettare la scheda 'Water Bath'.

5. Preparazione sperimentale

  1. Raccogliere sedimenti da un'area regolarmente dragato mantenere profondità del canale di navigazione, in prossimità di specie di interesse, ed è noto mancare contaminazione storica. Raccogliere il sedimento utilizzando un campionatore afferrare o simili (ad esempio, Van Veen). Mettere sedimenti in 19 secchi di plastica L e la nave durante la notte sul ghiaccio. sedimenti Conservare a 4 ° C fino al momento dell'uso.
  2. Wet setaccio sedimento attraverso uno schermo 1 cm a rimuovere i detriti di grandi dimensioni; poi setacciare attraverso un vaglio di acciaio inossidabile 450 micron. Conservare a grana fine (sabbie fini, limi, argille e)le particelle che passano attraverso lo schermo per uso sperimentale.
  3. Analizzare sedimenti setacciata per la contaminazione chimica (ad esempio, metalli, idrocarburi policiclici aromatici, policlorobifenili, ecc Per i metodi analitici, vedi USEPA 7). Caratterizzare parametri fisico-chimici quali la distribuzione granulometrica (limo per cento di sabbia e argilla), pH, salinità, carbonio organico, e la materia organica 8 per soddisfare le esigenze di studio.
  4. Identificare la durata dell'esposizione (ad esempio, 72 h) e le concentrazioni TSS (ad esempio, 0, 100, 250, e 500 mg / L) basato su dati o altre informazioni che caratterizzano il sedimento in sospensione di interesse esistenti.
    NOTA: L'uso TSS come la concentrazione di esposizione piuttosto che NTU. TSS quantifica la massa di particelle presenti nella colonna d'acqua e direttamente riferisce ad effetti fisici e comportamentali quali abrasione, perdita di orientamento e di ridotta alimentazione esibita da alcuni organismi.
  5. Stabilire la Relatio NTU-TSSnship per ogni fugge acquario.
    1. Accendere tutte fugge hardware utilizzato per l'acquisizione dati, controllo della strumentazione e automazione. Casualmente assegnare trattamenti TSS per fugge acquari utilizzando una tabella di numeri casuali o altro metodo appropriato. Nel profilo GUI, creare un profilo per ogni acquario per eseguire una esposizione continua 72 h (4.320 min) utilizzando le concentrazioni di TSS assegnate generati dalla tabella di numeri casuali.
    2. Utilizzare giudizio professionale per programmare inizialmente NTU per soddisfare le concentrazioni di TSS in ogni acquario. Per il controllo (0 mg / L TSS) impostare la NTU a 0; 100 mg / L TSS impostare la NTU a 100; 250 mg / L TSS impostare la NTU a 280; e 500 mg / L TSS impostare la NTU 600.
      NOTA: Ogni sonda OBS avrà lettura leggermente diversa NTU che è inerente alla realizzazione della sonda.
    3. Impostare il tempo di apertura per sistema acqua elettrovalvole a 10 s per ogni acquario.
    4. Salva profilo per ogni acquario.
    5. Nella scheda Impostazioni della valvola, il programma l'acqua e liquamivalvola di intervallo del ciclo. Impostare l'intervallo ciclo dell'acqua per 600 s e il ritardo valvola acqua per 5 s. Impostare l'intervallo ciclo di impasto per 180 s, aprendo per 3 s e ritardo per 1 s.
      NOTA: Con questo programma, in un test di 72 ore la NTU in ogni acquario sarà controllato 1.440 volte dal computer per determinare se sarà introdotto liquami aggiuntivo e le valvole dell'acqua si aprirà 432 volte. aperture della valvola liquami sono positivamente correlati con l'aumento della NTU. In genere, a 100 mg valvole per fanghi / L aperti per un totale di circa 5% della durata dell'esposizione o 72 aperture; 250 mg / L ≈ 11% (158 aperture); e 500 mg / L ≈ 35% (504 aperture). Per lo scambio di volumi uguali tra acquari regolare il tempo delle valvole dell'acqua elettrovalvole per acquari assegnati NTU inferiori apertura. Ciò comporta un aumento aperture della valvola a slurry NTU inferiori.
    6. Riempire il serbatoio liquami con il carbonio acqua filtrata laboratorio. Avviare la pompa per il ricircolo dell'acqua. In un contenitore separato, utilizzare un mescolatore meccanico e omogeneizzare test sedimenti.
    7. Dopo il sedimento viene omogeneizzata, rimuovere una piccola porzione (≈500 mL) ed introdurre nel serbatoio slurry utilizzando un becher polipropilene graduato. Continuare a introdurre sedimenti fino a raggiungere 1.000 NTU.
    8. Nel programma, accedere alla scheda bagnomaria e avviare tutti i profili acquario. Operare fugge per almeno 1 ora in modo NTU può stabilizzare in ogni acquario prima di raccogliere un campione di sedimento in sospensione. Accendere i dati collegandosi a registrare letture NTU da ogni OBS acquario.
    9. Misurare TSS utilizzando tre 100 campioni di acqua mL raccolti da ogni acquario assegnato un trattamento TSS <500 mg / L. Separatamente misurare TSS usando tre 50 campioni di acqua mL raccolti da ogni acquario di un trattamento TSS maggiore o uguale a 500 mg / L.
    10. Misurare TSS dai campioni di filtraggio vuoto attraverso pre-pesato carta da filtro da 0,45 micron. Subito dopo il filtraggio, asciugare il filtro ed il contenuto a 105 ° C per almeno 4 ore e poi pesare con l'approssimazione di 0,1 mg. Usa tha media dei tre campioni come misura di TSS in ogni acquario.
    11. Confronta medie ottenute nella sezione 5.5.4 per le misure NTU osservati registrate per ogni acquario. Riprogrammare i limiti NTU fino a raggiungere la concentrazione TSS desiderato (ad es., 600 NTU ≈ 500 mg / L TSS).
  6. Determinare la dimensione delle maglie dello schermo necessario per contenere gli animali all'interno di ogni acquario.
    1. Per gli animali più grandi, come il pesce (ad es.,> 3 cm) o posto crostacei uno schermo sul fondo per separare gli animali dall'apertura pompa. Installare un inserto dello schermo in trabocco paratia di scarico del acquario per evitare la fuga.
    2. Contenere le fasi della vita di piccole dimensioni, quali uova di pesce, larve e friggere in una camera (10,16 centimetri di diametro (id) da 12,7 cm di lunghezza (1.029 ml) realizzati in tubo in PVC) per sommergendo in un acquario fugge (Figura 5).
      1. Tagliare largo tre 8,25 centimetri da 9,52 cm asole fuori dal lato della camera. Installare panno schermo di nylon sul Bottom della camera e sui fori tagliati di lato. Utilizzare un tappo di PVC come un coperchio rimovibile per introdurre e rimuovere gli animali di prova.
      2. Tagliare un foro circolare nel tappo sufficiente per visualizzarlo animali da esperimento sopra lasciando un bordo per fissare un panno schermo nylon. Installare tutti gli schermi all'interno della camera per evitare organismi entrino in contatto con i bordi taglienti PVC.
        NOTA: selezionare una dimensione di maglia dello schermo che contiene gli animali di prova consentendo sedimenti in sospensione di prova per entrare.
      3. Completamente immergere la camera al centro o al lato di un acquario sospendendo verticalmente utilizzando tre brevi lunghezze di corda (# 18 bianco twisted muratore linea) e ganci costruiti da filo elettrico. Tie intoppo nodo alla Blake vicino ogni gancio e regolare la lunghezza della corda per livellare la camera.
  7. Determinare il numero di acquario volume di scambi necessari al giorno per soddisfare progetto e la qualità dell'acqua obiettivi. regolare tegli regolatore di pressione dell'acqua (vedi Sezione 2.2) e solenoide di tempo di apertura (ad esempio, aperta ogni 10 min per 10 s) per creare la portata d'acqua desiderata. Riempire i bagni con acqua e far funzionare gli scambiatori di calore acqua refrigerata per confermare che le temperature di prova possono essere raggiunti e mantenuti.

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Figura 5. fugge sub-camera. Descrizione di un sub-camera di esposizione sospeso in un acquario senza sedimenti aggiunto (a sinistra). Le larve della dimensione appropriata può essere contenuto all'interno del sub-camera di ridurre la possibilità di fuga e lesioni (a destra). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

6. Procedure sperimentali

  1. Accendere tutte fugge hardware utilizzato per l'acquisizione dati, strumento di controllo di und automazione. Riempire il acquari, vasche d'acqua, e il serbatoio acqua con l'acqua di prova desiderata. Avviare tutti gli scambiatori di calore del refrigeratore. Confermare e regolare ciclo di luce.
    1. Riempire il serbatoio liquami con il carbonio filtrata l'acqua del rubinetto. Avviare la pompa per il ricircolo dell'acqua. Utilizzare un agitatore meccanico e omogeneizzare il contenitore di sedimenti test. Dopo il sedimento viene omogeneizzata, rimuovere una piccola porzione (≈500 mL) ed introdurre nel serbatoio slurry. Continuare a introdurre sedimenti fino a 1.000 NTU è raggiunto.
    2. Nel profilo GUI, creare un profilo per ogni acquario di eseguire un 72 h (4.320 min) esposizione continua con le stesse assegnazioni TSS utilizzati nella preparazione. Utilizzare i dati ottenuti durante la preparazione sperimentali per programmare NTU per soddisfare le concentrazioni di TSS in ogni acquario. Per il controllo (0 mg / L TSS) impostare la NTU a 0; 100 mg / L TSS impostare la NTU a 100; 250 mg / L TSS impostare la NTU a 280; e 500 mg / L TSS impostare la NTU 600.
    3. Nella scheda Impostazioni della valvola, utilizzare i dati ottenuti da preparatione (sezione 5.5.8) per programmare l'acqua e liquami intervallo del ciclo della valvola. Impostare l'intervallo ciclo dell'acqua per 600 s e il ritardo valvola acqua per 5 s. Impostare l'intervallo ciclo di impasto per 180 s, aprendo per 3 s e ritardo per 1 s.
    4. Introdurre animali in acquari con le linee guida stabilite nel protocollo di cura degli animali e l'uso approvato. Per le uova, il trasferimento dal serbatoio di una camera di esposizione tramite una pipetta di trasferimento di plastica. Per i pesci più grandi, come ad esempio fingerling (lunghezza totale 2-8 cm), utilizzare una rete di nylon acquario.
  2. Dopo gli animali vengono stoccati in acquari, accedere alla GUI e nella scheda Bath Water avviare tutti i profili acquario. Operare fugge per almeno 1 ora in modo NTU può stabilizzare in ogni acquario prima di raccogliere un campione di sedimento in sospensione. Accendere i dati collegandosi a registrare letture NTU da ogni OBS acquario.
  3. Mantenere fugge quotidianamente da rabbocco d'acqua e liquami serbatoi con acqua di prova e sedimento.
    NOTA: La frequenza di introduzioni liquami è positively correlato con l'aumento dei livelli NTU. Pertanto, la quantità di acqua e sedimenti utilizzata ogni giorno dipende scambi volume programmato NTU e desiderato. Tipicamente, 25-50 gal può essere utilizzato ogni giorno di acqua o slurry.
    1. Pulire delicatamente le sonde OBS al giorno con un panno umido per rimuovere i sedimenti costruire sulla faccia del sensore. Controllare refrigeratori d'acqua e pompe per il funzionamento normale. Raccogliere le misurazioni simultanee TSS quotidiana per prevedere TSS per il resto della giornata in base a misurazioni NTU registrati a intervalli specificati dal programma per computer.
  4. misurare la temperatura, ossigeno disciolto, pH (e altri parametri a seconda della specie e altri requisiti) al giorno per ogni acquario usando un multi-sonda strumento di qualità dell'acqua portatile progettato per questo scopo.
  5. Termina un esperimento automaticamente specificando la durata di esposizione in ogni profilo acquario o manualmente arrestando tutti i profili acquario.
  6. Determinare gli endpoint sperimentali a be misurato come il successo schiusa, il tempo per covare, la mortalità, la crescita (lunghezza e peso), e la morfologia lordo.

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Results

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Una serie di prove operative viene eseguita prima di iniziare un esperimento per verificare che fugge è fornire le concentrazioni appropriate di sedimenti per ogni acquario (sezioni 5.5 e 6.2). La Figura 6 illustra come concentrazioni NTU sono mantenuti in acquari sperimentali per ottenere concentrazioni di sedimenti in sospensione di destinazione. In questo esempio, fugge valutato se sedimenti in sospensione può essere mantenuta per un periodo di tre giorni con la propo...

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Discussion

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La tecnologia fugge migliora metodi esistenti 4,9 mantenendo e controllando sedimenti in sospensione in un ampio intervallo di tempi di esposizione e concentrazioni sedimenti sospesi con un sistema automatizzato, controllato da computer. La tecnologia è flessibile, che può essere utilizzato per valutare gli effetti di sedimenti in sospensione a più specie acquatiche e fasi di vita di varie dimensioni da uova agli adulti a seconda della specie. In futuro, la tecnologia è in grado di valutare gli effetti di sed...

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Disclosures

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Le opinioni, le interpretazioni, le conclusioni e le raccomandazioni sono quelle degli autori e non sono necessariamente approvate dall'esercito degli Stati Uniti. Le citazioni di organizzazioni commerciali o nomi commerciali in questo rapporto non costituiscono un'approvazione ufficiale del Dipartimento dell'Esercito dei prodotti o dei servizi di queste organizzazioni. Gli autori Burton C. Suedel e Justin L. Wilkens, entrambi dell'US Army Engineer Research and Development Center, dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Acknowledgements

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

Questa ricerca è stata finanziata dal Direttore del Corpo degli Ingegneri dell'Esercito degli Stati Uniti per le Operazioni di Dragaggio e la Ricerca Ambientale, Todd Bridges. Il Capo degli Ingegneri concesse il permesso di pubblicare questo materiale.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Elenco delle parti per un modulo FLEES, bagno d'acqua e acquario
post, legno - utilizzato per costruire il modulo (tagliato a 78 pollici)Fornitore localeN/AQuantità: 4
Dimensioni: 4 in x 4 in x 8 ft
compensato, grado marino - fissato a pali di legno a circa 18 pollici da terra - per contenere bagni d'acqua (60 in x 42 in)Fornitore localeN/AQuantità: 1
Dimensioni: 3/4 in x 4 piedi x 8 piedi
compensato - fissato sulla parte superiore dei pali di legno - per contenere tubi, solenoidi ed elettricità (60 in x 42 in)Fornitore localeN/AQuantità: 1
Dimensioni: 1/4 in x 4 ft x 8 ft
perno, legno - utilizzato per rinforzare compensato e pali di legno (tagliati per adattarsi)Fornitore localeN/AQuantità: 4
Dimensioni: 2 in x 4 in x 96 in
serbatoio, fibra di vetro - bagno d'acqua con due scarichi: 1) per alimentare il refrigeratore; e 2) per drenare l'acquaHydro Composites, LLC, Stockdale, TX, USAFBT-226Quantità: 1
Dimensioni: refrigeratore da 150 gal
, acqua con pompa autonoma - per bagnomaria; il refrigeratore si trova sotto il moduloRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, USACFF-500Quantità: 1
Dimensioni: serbatoio da 1/2 hp
, fondo a cupola - FLEES aquaria - sedersi all'interno del bagno d'acquaStati Uniti Plastic Corp, Lima, OH, USA5197Quantità: 5
Dimensioni: serbatoio da 19 L
, supporto - supporto in acrilico, 12 in x 12 in x 6 in - per contenere acquaricostruiti su misura dai negozi ERDCN/AQuantità: 5
Dimensioni: pompa personalizzata
, azionamento magnetico - per sospendere i sedimenti in ogni acquarioMarch Manufacturing Inc., Glenview, IL, USAMDX-3-1/2 115 vQuantità: 5
Dimensioni: 28 litri al minuto
luce, LED - installato su bagno d'acquaC2 Development, Inc., Ames, IA, USAHydra 26Quantità: 2
Dimensioni: in base all'area da illuminare
tubo, PVC schedule 40 - installato nello scarico del bagno d'acqua per controllare il livello dell'acquaFornitore localeN/AQuantità: -
Dimensioni: 1 in
raccordi, paratia - per collegamenti di acquari/bagni d'acqua a pompe, scarichi, linee dell'acqua e dei liquamiLifegard Aquatics, Cerritos, CA, USAR270900Quantità: 30
Dimensioni: 1/2 in raccordi FPT x FPT
, Inserti filettati per tubi maschio a sgancio rapido - Inserto nella paratia del serbatoioCole-Parmer, Vernon Hills, IL, USAEW-31303-36Quantità: 10
Dimensioni: 1/2 in Raccordi MPT
, sgancio rapido, portagomma con valvola - collegamento tra acquario e inserto nella paratia del serbatoioCole-Parmer, Vernon Hills, IL, USAEW-31303-11Quantità: 10
Dimensioni: 1/2 in
raccordi, gomito filettato HDPE nero - per acquari Collegamenti di tubi in vinile alla linea liquame/acqua e alla pompaUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA62043Quantità: 20
Dimensioni: 1/2 NPT x 1/2 pollici Raccordi ID tubo flessibile
, adattatore filettato HDPE nero - per collegamenti tra pompa e paratia del serbatoioUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA62017Quantità: 10
Dimensioni: 1/2 NPT x 1/2 in tubo flessibile ID
tubo, vinile - collegare la linea liquame/acqua agli acquari e collegare le pompe agli acquariFornitore localeN/AQuantità: 25 ft
Dimensioni: 1/2 in tubo ID
, vinile - collegare agli scarichi degli acquari inserti e allo scarico del bagno d'acquaFornitore localeN/AQuantità: 25 ft
Dimensioni: 5/8 in
ID morsetto, tubo flessibile, acciaio inossidabile - per fissare il tubo in vinile alle spine del tubo FornitorelocaleN/AQuantità: 40
Dimensioni: #8
Elenco delle parti per il sistema di liquami
chiller, acqua con pompa autonoma - si trova a lato del serbatoio dei liquamiRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, USACFF-500Quantità: 1
Dimensioni: 1/2 hp
125 galloni open top cono fondo serbatoio w / Stand - 42 in x 35 in - contiene l'acqua e il sedimento per fare liquamiStati Uniti Plastic Corp, Lima, OH, USA8586Quantità: 1
Dimensioni: 125 gal
Copertura per serbatoio da 125 galloniStati Uniti Plastic Corp, Lima, OH, USA8935Quantità: 1
Dimensioni: 42 in x 35 in
valvola, PVC - collegare lo scarico del serbatoio alla pompa - isolare per la manutenzionefornitore di impianti idraulici localiN/AQuantità: 2
Dimensioni: 1-1/2 in
pompa, doppio diaframma montato su supporto - utilizzato per il ricircolo dei liquamiWilden-pumps.co.uk & Air Pumping Ltd., Essex, Regno UnitoP2/PPPP/WF/WF/PTV/400Quantità: 1

sensore distributore
di contatto, retrodiffusione ottica - misura NTU nel serbatoio dei liquamiCampbell Scientific, Logan, UT, USAOBS-3+Quantità: 1
Dimensioni: 0-1.000 tubo NTU
, PVC Schedule 40 - per ricircolare i liquamifornitore di impianti idraulici localiN/AQuantità: 20 ft
Dimensioni: 1 in
tubo, PVC flessibile - dotato di raccordo e utilizzato per il collegamento al fornitoredi impianti idraulici localeN/AQuantità: 10 ft
Dimensioni: 1 in
raccordo, PVC Schedle 80 Presa - collegare la linea dei liquami conil fornitore di impianti idraulici localeN/AQuantità: 8
Dimensioni: Solenoide da 1/2 pollice
, plastomatic (normalmente chiuso) - introdurre il liquamePlast-O-Matic Valves, Inc., Cedar Grove, NJ, USAEASYMT4V12R24-PVQuantità: 5
Dimensioni: 1/2 in NPT filettato, 24 VAC
raccordo distributore
, raccordo a T in PVC - collegare il tubo del liquame conil fornitore di impianti idraulici localeN/AQuantità: 5
Dimensioni: 1 in x 1 in x 1 in x 1 in slip x slip x FIPT
raccordi, 1 in PVC valvola a sfera filettata - chiusa per l'erogazione del liquame al solenoide/linee dell'acquafornitore idraulico localeN/AQuantità: 7
Dimensioni: 1/2 poll.
raccordi, 1 pollice raccordo in PVC filettato - collegare il solenoide liquame alla valvola di intercettazionedel fornitore idraulico localeN/AQuantità: 5
Dimensioni: 1/2 pollice
tubo, vinile - collegamento tra il solenoide dell'acqua e il solenoide dei liquamiFornitore localeN/AQuantità: 50 ft
Dimensioni: 1/4" ID
Elenco delle parti per il sistema idrico
chiller, acqua con pompa autonoma - si trova a lato del serbatoioRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, USACFF-500Quantità: 1
Dimensioni: 1/2 hp
125 galloni aperto superiore cono fondo serbatoio w / Stand - 42 in x 35 in - contiene l'acqua e il sedimento per fare liquamiStati Uniti Plastic Corp, Lima, OH, USA8586Quantità: 1
Dimensioni: 125 gal
Copertura per serbatoio da 125 galloniUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8935Quantità: 1
Dimensioni: 42 in x 35 in
valvola, PVC - collegare lo scarico del serbatoio alla pompa dell'acquaidraulico localeN/AQuantità: 2
Dimensioni: 1 in
pompa, azionamento magnetico, uso in linea - utilizzato per ricircolare l'acqua verso acquari e refrigeratoriLittle Giant, Fort Wayne, IN, USA3-MD-SCQuantità: 1
Dimensioni: solenoide da 1/12 hp
, alco - introdurre acquafuori produzione; ASCO, Florham Park, NJ, USA per simileN/AQuantità: 5
Dimensioni: 24 v, 1/4 in raccordi NIPT
, connettore riduttore in HDPE nero - collegare 1/4 in tubo flessibile linea dell'acqua dal solenoide  a 1/2 in tubo flessibilelocale N / AQuantità: 5
Dimensioni: 1/2 in tubo ID x 1/4 in raccordi ID tubo
, tee in HDPE nero - collegare 1/2 in tubo flessibile linea di acqua e liquami alfornitore di impianti idraulici localiN /A Quantità: 5
Dimensioni: 1/2 in NPT x 1/2 in ID tubo x 1/2 in raccordi ID tubo
, gomito stradaledi impianti idraulici localiN / AQuantità: 5
Dimensioni: 1/2 in 90 ° grado Raccordi MIPT x FIPT
, nippli filettati in PVC - collegare i raccordi di raccordo con solenoidi e altri collegamentifornitore idraulico localeN/AQuantità: 12
Dimensioni: 1/2 pollice
raccordi, raccordi filettati - collegare le linee di liquame/acqua con il modulo successivofornitore idraulico localeN/AQuantità: 6
Dimensioni: 1 in PVC 
raccordi, boccola del riduttore - collegare al raccordo a T del riduttore nelfornitore di impianti idraulici localiN/AQuantità: 5
Dimensioni: 1/2 in maschio per 1/4 in raccordi FIPT femmina
, nippli filettati per tubi - collegamento tra boccola e solenoide dell'acquafornitore di impianti idraulici localiN/AQuantità: 5
Dimensioni: 4 in lunghezza x 1/4 in
tubo, PVC - effettuare collegamenti tra serbatoio, pompa e refrigeratoredi impianti idraulici localiN/AQuantità: 5 ft
Dimensioni: Schedule 40
Elenco delle parti per sensori, dispositivo di acquisizione dati e software per computer
software, LabViewNational Instruments, Austin, Texas, USALabView 2015 Quantità di base: 1
Dimensioni: N / A
SCXI-1001 Chassis a 12 slot, U.S. 120 VACNational Instruments, Austin, Texas, USA776571-01Quantità: 1
Dimensione: N/A
SCXI 1100 - 32 canali, ± Modulo di ingresso analogico da 10 VNational Instruments, Austin, Texas, USA776572-00Quantità: 1
Grandezza: N/A
SCXI 1303 - Morsettiera progettata per misure di termocoppie ad alta precisioneNational Instruments, Austin, Texas, USA777687-03Quantità: 2
Grandezza: N/A
SCXI 1102B - Modulo di ingresso termocoppia/tensione a 32 canaliNational Instruments, Austin, Texas, USA776572-02BQuantità: 1
Grandezza: N/A
SCXI 1161 - Modulo relè per uso genericoNational Instruments, Austin, Texas, USA776572-61Quantità: 6
Grandezza: N/A
SCXI 1300 - Modulo di tensione per uso genericoNational Instruments, Austin, Texas, USA777687-00Quantità: 1
Taglia: N/A
PCMCIA Card DAQCARD-AI-16E-4National Instruments, Austin, Texas, USAN/A - legacyQuantità: 1
Dimensione: N/A
schede usate disponibili online
sensore, retrodiffusione ottica - misura NTU in ogni acquarioCampbell Scientific Inc., Logan, UT, USAOBS-3Quantità: 5
Dimensione: 0-1.000 NTU
del modulo successivo del modulo successivo del solenoide fornitore fornitore idraulico di acquari fornitore della linea dell'acqua fornitore +

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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  2. Suedel, B. C., Kim, J., Clarke, D. G., Linkov, I. A risk-informed decision framework for setting environmental windows for dredging projects. Sci Total Environ. 403, 1-11 (2008).
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  10. Suedel, B. C., Clarke, J. U., Lutz, C. H., Clarke, D. G., Godard-Codding, C., Maul, J. Suspended sediment effects on walleye (Sander vitreus). J. Great Lakes Res. 40, 141-148 (2014).
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  12. Suedel, B. C., Clarke, J. U., Wilkens, J., Lutz, C. H., Clarke, D. G. The effects of a simulated sediment plume on eastern oyster (Crassostrea virginica) survival, growth, and condition. Estuaries and Coasts. 38 (2), 578-589 (2015).
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