Artigo de método

Um Sistema de Exposição Fluxo através de sedimentação de Efeitos Avaliando suspensos sobre a vida aquática

DOI:

10.3791/54937

⸱

9 de janeiro de 2017

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

Neste artigo

Resumo

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Um sistema de exposição de fluxo contínuo robusto e flexível projetado para manter os sedimentos em suspensão é apresentado. O sistema é usado para investigar os efeitos do sedimento suspenso em várias espécies aquáticas e estágios de vida em laboratório.

Resumo

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Este artigo descreve o Sistema de Exposição a Larvas de Peixes e Ovos (FLEES). O sistema de exposição de fluxo contínuo é usado para investigar os efeitos de sedimentos suspensos em várias espécies aquáticas e estágios de vida em laboratório, usando bombas e automatizando a entrega de sedimentos e água para simular a suspensão de sedimentos. Os dados FLEES são usados para desenvolver curvas de exposição-resposta entre os efeitos sobre os organismos aquáticos e as concentrações de sedimentos suspensos na duração de exposição desejada. Os dados de efeitos são usados para avaliar as práticas de manejo usadas para reduzir as interações entre organismos aquáticos e causas antrópicas de sedimentos em suspensão. O FLEES é capaz de gerar concentrações totais de sólidos suspensos (TSS) tão baixas quanto 30 a tão altas quanto 800 mg/L, tornando este sistema a escolha ideal para avaliar os efeitos do TSS resultantes de muitas atividades, incluindo a simulação de baixos níveis ambientais de TSS para avaliar fontes de sedimentos suspensos de operações de dragagem, tráfego de embarcações, refrescos e tempestades.

Introdução

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operações de dragagem utilizar métodos mecânicos para remover sedimentos de fundo de portos e canais de navegação. Durante a remoção, alguma porção do sedimento perturbada é suspensa na coluna de água, o que poderia tornar esta uma fonte de tensão física para as espécies aquáticas. Além de ser suspenso, o sedimento pode ser transportado para longe a partir da draga por condições ambientais antes de se acomodar para fora da coluna de água. A combinação destes dois mecanismos significa que um organismo aquático que ocorrem perto de uma draga de funcionamento pode ser exposto a sedimentos suspensos e sofrem efeitos adversos. Para abordar essas preocupações, janelas ambientais (restrições de dragagem sazonal) são rotineiramente utilizados como uma prática de gestão para reduzir ou eliminar o risco de impactos potencialmente prejudiciais de sedimentos em suspensão de actividades de dragagem sobre os recursos aquáticos 1,2.

janelas ambientais são mais comumente estabelecido para proteger perigo, ameaçadas ouespécies de valor comercial, como o walleye (Sander vitreus) e Ostra-americana (Crassostrea virginica) 3. A justificação de apoio para a imposição de janelas ambientais muitas vezes se concentra em como as atividades de dragagem pode potencialmente perturbar fisicamente (por exemplo, sedimentos em suspensão) a capacidade de um animal para completar uma parte específica da sua história de vida. As fases da vida comumente citados são ovos e larvas para manter as rotas de migração abertas para as espécies anádromas 3. No entanto, há pouca informação a respeito dos efeitos biológicos específicos da espécie relevantes para suspensas 4,5 sedimentos disponíveis para informar usando o windows ambientais como uma ferramenta de gestão de risco.

Por estas razões, o foge foi projetado, construído e usado para simular a suspensão do sedimento, e determinar seus efeitos sobre as fases iniciais de vida dos organismos aquáticos. FOGE estudos usam partículas de sedimentos de grão fino (ou seja, predominantemente lodos,argilas e areias finas), que são mais susceptíveis de permanecer em suspensão e migrar mais afastada da fonte. A foge é capaz de ovos e larvas de peixes de teste, mas também pode ser adaptada para acomodar outros organismos aquáticos, tornando-se uma capacidade única. Os dados da resposta biológica resultante pode então ser utilizado para avaliar os efeitos de sedimentos suspensos. Os procedimentos a seguir fornecem uma visão geral de como a tecnologia pode ser construído e operado para produzir concentrações de sedimentos em suspensão repetíveis e dados relativos aos efeitos usando várias espécies aquáticas.

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Protocolo

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Todos FOGE experimentos com animais vertebrados foram realizados sob o Engenheiro apropriado Investigação e Desenvolvimento Center (ERDC) Laboratório Ambiental Institucional Animal Care e Use protocolos.

1. FOGE Modules, água do banho, e Aquários

  1. Obter postes de madeira, pregos e madeira compensada para a construção do módulo. Construir os módulos (em número e tamanho) semelhantes a uma bancada de base para satisfazer objectivos de investigação.
    1. Cortar a madeira compensada (0,127 cm) para a parte superior e prateleira. Corte os lugares (10,16 x 10,16 cm) para as pernas. Para o topo, cortar os pregos (5,08 x 10,16), construir um quadro e prenda a madeira compensada para o quadro. Cortar um entalhe na parte superior de cada perna para criar uma borda e fecha a moldura superior para as pernas.
    2. Para a prateleira, cortar os pregos (5,08 x 10,16), construir um quadro e prenda a madeira compensada (0,127 cm) para a armação. Cortar um entalhe para fora das pernas de 45 cm a partir do fundo e fecha a moldura de prateleira para as pernas. Garantir a montagem é quadrado e nível.
  2. Obter tanques banho de água a partir de um fabricante de fibra de vidro tanque especializado em tanques de aquicultura. Se encaixar no módulo de ficar um tanque não superior a 152 cm de comprimento x 91 cm de largura x 61 cm de altura. Incorporar dois cloreto de polivinilo (PVC) acoplamentos de deslizamento 2,54 cm sobre uma extremidade do tanque por fibra glassing os acoplamentos de descarga com o interior do fundo do tanque.
    1. Tanque lugar no suporte módulo construído com os drenos tanque de frente para a extremidade do suporte água drenará (Figura 1). Mark no chão de madeira compensada do stand onde os buracos tanques estão localizados.
    2. Empurre o tanque para trás e usando um 3,175 centímetros buraco viu cortar dois furos na madeira compensada para os drenos de tanques. Deslize o tanque de volta para que os drenos sentar-se nos buracos cortados. Ligue um dos drenos de tanques a um dreno no chão eo outro para um trocador de calor refrigerador de água.
      NOTA: Esta seção assume um dreno de esgoto sanitário já está em vigor.


Figura 1. Diagrama esquemático do larvas de peixes e exposição Egg System (foge). A foge é modular e por isso é transportável. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 2. tanque de polietileno. A 19 L tanque de cúpula de polietileno inferior mostrando o dreno de transbordamento (em cima, com a inserção de tela; 1.3.1; 5.6.1), entrada de água chorume (cotovelo direito; 1.3.2), saída da bomba (inferior central; 1.3.3), entrada da bomba (off-central inferior; 1.3.4), sonda OBS ea braçadeira (4.1), ea tela inferior (anel preto na parte inferior; 5.6.1). Por favor clique aqui para ver uma versão ampliada da tsua figura.

  1. Obter um 19 L cúpula tanque de polietileno de fundo (27.9 cm de diâmetro x 36,2 cm de altura).
    1. Para construir um dreno de transbordamento, usar uma serra de orifícios e corte de um furo 2,54 centímetros de diâmetro de 5 cm a partir do topo do tanque. Instale um encaixe antepara e uma inserção no exterior da antepara para servir como o dreno do excesso.
    2. Para construir a entrada de água / lama, usar uma serra de orifícios e corte um outro furo 2,54 centímetros de diâmetro de 5 cm a partir do topo do aquário. Instalar outra montagem antepara e um espigão de cotovelo rosca (Figura 2).
    3. Para construir a saída da bomba, use uma serra buraco e cortar um buraco 2,54 cm de diâmetro no meio da parte inferior do tanque e instalar um encaixe antepara. Passe o lado exterior da antepara com um encaixe de mangueira cotovelo.
    4. Para construir a entrada da bomba, use uma serra buraco e cortar outro buraco de diâmetro 2,54 centímetros localizado fora do centro do fundo do tanque e instalar um encaixe antepara. Passe o lado exterior daantepara com um acessório mangueira de cotovelo.
  2. No lado exterior do tanque de banho de água, medida 9 cm do fundo e desenhar uma linha ao longo do comprimento do tanque. Seguindo a linha e com uma serra craniana, cortar um par de furos de 2,54 cm de diâmetro ao longo do comprimento do banho de água para cada aquário (10 furos totais; distribuir uniformemente). Instalar acessórios anteparo.
  3. Obter bombas de acionamento magnético (caudal máximo 28 l / min) para recirculação de água em aquários e suspende sedimentos. Montar as bombas para uma posição que vai caber sob o banho de água ao longo do lado que contém os orifícios para a conexão com o aquários. Instale um interruptor de cabo de linha para cada bomba ou ligar as bombas a uma caixa de comutação para o poder.
  4. Passe o lado exterior das anteparas tanque de banho de água com espigão. Anexar tubos de vinil para a entrada e saída da bomba e ligue-o anteparas indo para o aquário apropriado. Dentro do banho de água instalar uma inserção de desconexão rápida na antepara.
    5. Colocar os aquários no banho de água em duas filas; com três aquários em uma fila dispostos ao longo do comprimento do banho de água e os restantes aquários na segunda fila (figura 3).

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Figura 3. Banho de água. Visão geral de um banho de água com cinco aquários dispostas em duas filas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Ligue cada aquário para uma bomba. Anexar tubos de vinil para as farpas mangueira instalados no fundo dos aquários e anexar a rápida espigão válvula de desconexão. Ligue os engates rápidos entre a bomba e aquário. Instale uma válvula de esfera, neste contexto, para isolar a bomba para efeitos de manutenção.
  2. Ligue dreno do excesso de cada aquário para um comumescorrer através de tubos de vinil. Conecte o dreno comum para o dreno banho de água.
  3. Conectar entrada de lama / água de cada aquário para o sistema de lama e de água, instalados na parte superior do módulo.
  4. Montagem de dois jogos de diodos emissores de luz, projetados para uso em aquários, cerca de 60 cm acima dos aquários em cada módulo. Use um controlador de luz (sem fio conectado às luzes) para variar a intensidade da luz, cor clara, e ciclo de luz (por exemplo, 16 h luz:. 8 h escuro) para atender aos requisitos experimentais.
  5. Instalar um temporizador no laboratório para controlar a iluminação ambiente.

2. Sistema de lodo

  1. Coloque um tanque de 450 L de polietileno-cone inferior com tampa e suporte na extremidade do último módulo de linha (ou outra extremidade pode ser utilizado) para servir como o reservatório de lama. Montar uma pequena bomba submersível dentro do tanque para criar a pasta de sedimentos / água. Instalar um refrigerador de permutador de calor de água adjacente ao tanque para controlar a temperatura da pasta. Usando umburaco viu, cortar um buraco 2,54 cm de a tampa do tanque para fornecer acesso a um sensor de turbidez para monitorizar a pasta (Figura 4).

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Figura 4. Reservatório de chorume. Cone-bottom tanque de mistura com tampa e suporte de poli. temperatura da água pasta é controlada pelo refrigerador de água localizado no piso esquerda do suporte. O reservatório está ligado a uma bomba de funcionamento pneumático de duplo diafragma (primeiro plano esquerdo) para fornecer lama para cada aquário (2.2). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Montar uma bomba de duplo diafragma operado ao ar em um carrinho ao lado do tanque de mistura. Ligue a drenagem do tanque de lama para a entrada da bomba. Incorporar um T PVC (a pasta directo à bomba ou ao dreno de laboratório) e válvulas para Connect o tanque para a bomba para isolar o tanque e a bomba para manutenção. Para ligar a bomba, ligue-o compressor de ar do prédio do laboratório.
  2. Para fornecer lama para cada aquário mediante pedido, montar tubos de PVC na parte superior dos módulos e criar uma linha de recirculação. No ponto de uso localizado mais distante do reservatório de lama, instalar uma linha de retorno para o transporte de lama não utilizada de volta para o reservatório. Use acessórios de PVC e de união flexíveis para conectar entre os módulos.
  3. Ligue as válvulas solenóides suspensão para o tubo de recirculação de chorume utilizando tees, válvulas de esfera e acessórios de união, para isolar solenóides do tubo de PVC principal para manutenção. Garantir a válvulas solenóides estão localizados acima do aquário será fornecimento.
  4. Usando uma serra de orifícios, orifícios corte de 2,54 cm de diâmetro no topo do módulo para ligar cada válvula de solenóide para o aquário apropriado.
  5. Ligue o tubo de PVC montado no topo do módulo perto do tanque de lamas para o usando a bomba operada a ar flexible PVC e adaptadores de união. Ligue a linha de retorno para a parte superior do tanque de mistura.
  6. Para ajustar a quantidade de lama introduzida pela válvula solenóide, instalar um regulador de pressão de água na linha de retorno. Ajustar para criar a pressão desejada.

3. Sistema de água

  1. Instalar um segundo tanque de polietileno de o volume apropriado (por exemplo, 500 L) com tampa e suporte para servir como um reservatório de água. Instalar um refrigerador de permutador de calor de água adjacente ao tanque para controlar a temperatura da água. Montar uma bomba de acionamento magnético ao lado do tanque de água. Ligue o reservatório de água e da bomba conforme descrito na Seção 2.2.
  2. Para fornecer água para cada aquário mediante pedido, montar tubos de PVC na parte superior dos módulos e criar uma linha de recirculação. Monte o tubo de PVC mais elevado do que o tubo de pasta de recirculação. No ponto de uso localizado mais distante do reservatório de água, instalar uma linha de retorno para o transporte de água não utilizada de volta para o reservatório. Use PVC flexível e unioN encaixes para conectar entre os módulos.
  3. Ligue as válvulas solenóides de água para a tubulação de água de recirculação utilizando os T, válvulas de esfera, e adaptadores de união para isolar solenóides do tubo de PVC principal para manutenção. Monte os solenóides para trás e maior do que a válvula solenóide pasta. Conectar-se a válvula solenóide de água à válvula solenóide de lama através da tubulação vinil e farpa mangueiras de modo que quando o solenóide de água se transforma em que deve perder restante pasta a partir da linha.
  4. Ligue o tubo de PVC montado na parte superior do módulo perto do reservatório de água para a bomba de água usando acessórios de PVC e de união flexíveis. Ligue a linha de retorno para o topo do reservatório de água.
  5. Para ajustar a quantidade de água introduzida pela válvula solenóide, instalar um regulador de pressão de água na linha de retorno. Ajustar para criar a pressão desejada.

4. Os sensores, aquisição de dados, controle de instrumento e automação

  1. Instalar um sensor óptico backscatter(OBS) em cada aquário ao lado da entrada de lama / água para medir a turbidez (Nefelométrica Unidades de Turbidez, NTU). Posicionar o sensor, de modo que está submersa cerca de 5 cm abaixo da superfície da água com o sensor voltada para o meio do tanque. . Usar um grampo ou outro dispositivo para montar o sensor.
  2. Usando uma serra de orifícios, orifícios de acesso diâmetro da broca, pelo menos, dois de 2,54 cm na parte superior de cada módulo de suporte para permitir o acesso de cabos OBS para caixas de derivação eléctricas montadas na parte superior de cada módulo.
  3. Instalar um OBS no reservatório de lama e posicionar o sensor de forma que ele é completamente submersa cerca de 20 cm abaixo da superfície da água.
  4. Fio as válvulas solenóides de água e lama, o OBSS localizado em cada tanque de aquário e lama, e um termopar localizado em cada banho de água, em caixas de derivação eléctricas montadas na parte superior do módulo e a um dispositivo de aquisição de dados. Instale os engates rápidos nas extremidades terminais de toda a fiação, sempre que possível.
  5. Use um plat sistema-designforma e ambiente de desenvolvimento para projetar uma aplicação de computador para aquisição de dados, controle de instrumento e automação 6. Com este programa, criar um aplicativo para integrar as válvulas solenóides OBS e para medir a turbidez ea introdução de lama e água em cada aquário.
  6. Para criar uma variedade de regimes de exposição NTU, projetar o programa para criar perfis individuais para cada aquário 6. Criar uma guia e interface gráfica do usuário (GUI) para perfis de programação do aquário. Rotular o separador 'Profiles'.
    1. Programar o software para controlar a duração da exposição em minutos para cada aquário. Incorporar uma sequência de loop para repetir instruções duração da exposição até que uma determinada condição é atingida como a duração do tempo. Incorporar uma iteração para controlar quantas vezes o loop será repetido antes de terminar ou de passar para o próximo conjunto de instruções.
    2. Programar o software para definir um nível NTU em cada aquário. Integrar o NTU lEvel na duração da exposição mesmo loop / sequência iteração controlar. Use esta função para criar uma variedade de regimes de exposição (por exemplo, contínua, pulsada, ou nenhuma exposição) por períodos especificados.
    3. Programar o software para controlar o tempo das válvulas solenóides do sistema de água de abertura para a introdução de água em cada aquário em segundos (por exemplo, 10 s para aquário 1, 25 s para aquário 2, etc.). Integrar a abertura vezes na seqüência de loop / iteração controlar a duração da exposição e os níveis de NTU solenóide da água.
    4. Projetar o programa para salvar todas as etapas em 4.4 como um "perfil" para cada aquário. Incluem a capacidade de permitir que um usuário de recordar perfis salvos.
  7. Criar uma nova guia e GUI. Rotular o guia do perfil Status '. Projeto GUI para exibir um resumo ao vivo do perfil atualmente carregado incluindo sequência actualmente activa loop, o tempo de teste decorrido e tempo de teste restante.
  8. Criar uma nova guia e GUI parafixação de valores de válvula solenóide de água e do sistema de suspensão. Rotular o 'Setup Valve' guia.
    1. Programar um intervalo de ciclo válvula de água em segundos. Projetar esse intervalo como uma seqüência de loop usado para definir o tempo entre os eventos, quando todos os solenóides do sistema de água abrir consecutivamente (na etapa 4.4.3 o usuário programado quanto tempo cada válvula permanecerá aberta). Programar um atraso válvula de água em segundos. Use o recurso de atraso para definir o tempo entre as válvulas de abertura (por exemplo, 2 s após a válvula anterior fechada próxima válvula abrirá).
    2. Programar um intervalo de ciclo válvula de lama em segundos. Projetar esse intervalo como uma seqüência de loop para definir o tempo entre eventos, quando todos os níveis NTU medidos pelos OBS em cada aquário são verificados contra o conjunto NTU no perfil aquário. Verifique as válvulas e sensores consecutivamente. Se um NTU no aquário é menor do que a fixação do perfil de NTU em seguida, programar o computador para abrir a válvula de lama.
    3. Programar um tempo de abertura da válvula de lama em segundos. Usa istorecurso para controlar quanto tempo uma válvula permanece aberta se suspensão é necessária. Programar um atraso válvula de lama em segundos. Use a demora para definir o tempo entre a abertura das válvulas.
      NOTA: Verifique se o intervalo do ciclo (passo 4.6.1 e 4.6.2) é longo o suficiente para permitir água e lamas introduções antes do próximo ciclo começa.
    4. Criar botões para ligar manualmente on / off cada válvula de água de água e sistema de suspensão.
  9. Criar uma nova guia e GUI para configurar os sensores OBS localizados em cada tanque do aquário e do chorume (N = 16). Rotular o 'Setup OBS' guia. Dê a cada OBS um nome.
    1. Criar um recurso para inserir dados de certificado de teste do fabricante OBS para calcular as correções para cada OBS. Introduza a NTU padrão baixo (menor NTU registada) e padrão NTU alta (maior NTU registada), bem como a gama de tensão para a baixa e alta NTU.
  10. Criar uma nova guia e GUI para exibir em tempo real as medições NTU e configuração NTU para cada aquário, bemcomo a temperatura da água no banho de água cada. Criar um botão para iniciar / parar todos os perfis. Criar a capacidade de interromper ou parar um perfil individual individualmente.
    1. Criar um recurso para log leituras de temperatura da água para cada banho de água, configurações NTU e medições para cada aquário e hora de dados selo em uma planilha. Rotular o separador 'Water Bath ".

5. Experimental Preparação

  1. Recolha de sedimentos de uma área rotineiramente dragado para manter a profundidade do canal de navegação, em estreita proximidade com espécies de interesse, e é conhecido por falta de contaminação histórica. Recolher o sedimento utilizando um amostrador de garra ou similar (por exemplo, Van Veen). Coloque sedimentos em 19 baldes L plástico e do navio durante a noite em gelo. sedimentos armazenar a 4 ° C até utilização.
  2. Wet peneira de sedimentos através de uma tela de um centímetro para remover detritos grandes; em seguida, através de um peneiro de tela de aço inoxidável de 450 micra. Reter de grão fino (areia fina, silte e argilas)partículas que passam através da tela para uso experimental.
  3. Analisar sedimentos peneiradas para a contaminação química (por exemplo, metais, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, bifenilos policlorados, etc. Para os métodos analíticos, ver USEPA 7). Caracterizar parâmetros físico-químicos, tais como granulometria (sedimentos por cento de areia e argila), pH, salinidade, carbono orgânico e matéria orgânica 8 para atender às exigências do estudo.
  4. Identificar a duração de exposição (por exemplo, 72 horas) e concentrações TSS (por exemplo, 0, 100, 250, e 500 mg / L) com base nos dados ou outras informações que caracterizam o sedimento suspenso de interesse existente.
    NOTA: Use TSS como a concentração de exposição ao invés de NTU. TSS quantifica a massa de partículas presentes na coluna de água e está directamente relacionada com efeitos comportamentais e físicos, tais como abrasão, perda de orientação e alimentação reduzida exibida por alguns organismos.
  5. Estabelecer a relatio NTU-TSSnship para cada FOGE aquário.
    1. Ligue todos os FOGE hardware utilizado para a aquisição de dados, controle de instrumento e automação. Aleatoriamente atribuir tratamentos de SST para FOGE aquários utilizando uma tabela de números aleatórios ou outro método adequado. Na GUI perfil, criar um perfil para cada aquário para executar uma exposição contínua de 72 h (4.320 min), utilizando as concentrações de SST afectadas geradas a partir da tabela de números aleatórios.
    2. Use julgamento profissional para inicialmente programar NTUs para atender as concentrações de SST em cada aquário. Para o controle (0 mg / L TSS) definir a NTU a 0; 100 mg / L TSS definir o NTU a 100; 250 mg / L TSS definir o NTU a 280; e 500 mg / L TSS definir o NTU para 600.
      NOTA: Cada sonda OBS terá um pouco diferente leitura NTU que é inerente à fabricação da sonda.
    3. Defina o tempo de abertura das válvulas solenóides do sistema de água a 10 s para cada aquário.
    4. Salvar perfil para cada aquário.
    5. Na guia Instalação do Valve, programa de água e lamaintervalo do ciclo da válvula. Defina o intervalo de ciclo da água por 600 s e atraso de válvula de água por 5 s. Defina o intervalo do ciclo de suspensão por 180 s, abrindo por 3 s e atraso para 1 s.
      NOTA: Com este programa, em um teste de 72 h do NTUs em cada aquário será verificado 1.440 vezes pelo computador para determinar se pasta adicional será introduzido e as válvulas de água vai abrir 432 vezes. aberturas da válvula de lodo são correlacionados positivamente com o aumento da NTUs. Tipicamente, a 100 mg / L de lamas válvulas abertas para um total de aproximadamente 5% da duração da exposição ou aberturas 72; 250 mg / L ≈ 11% (158 aberturas); e 500 mg / L ≈ 35% (504 aberturas). Para trocas de volume iguais entre aquários ajustar o tempo das válvulas solenóides de água dos aquários atribuídos NTUs inferiores abertura. Isto irá resultar num aumento das aberturas de válvulas na pasta NTUs inferiores.
    6. Encha o tanque de mistura com carvão água filtrada laboratório. Comece bomba para recirculação de água. Num recipiente separado, usar um misturador mecânico e homogeneizar tesedimentos st.
    7. Após o sedimento é homogeneizado, remover uma pequena porção (≈500 mL) e introduzir no tanque de mistura utilizando uma proveta graduada de polipropileno. Continuar a introduzir sedimento até 1.000 NTU é alcançado.
    8. No programa, vá para a guia água do banho e começar a todos os perfis de aquário. Operar foge durante pelo menos 1 h de modo NTUs pode estabilizar em cada aquário antes de coletar uma amostra de sedimento em suspensão. Transforme dados registando-se gravar leituras NTU por cada OBS aquário.
    9. Medir TSS utilizando três amostras de água de 100 mL recolhidas de cada aquário atribuído um tratamento TSS <500 mg / L. Separadamente medir TSS utilizando três amostras de 50 ml de água recolhidas de cada aquário de um tratamento TSS maior do que ou igual a 500 mg / L.
    10. Medir TSS por amostras de filtração sob vácuo através de pré-pesada de papel de filtro de 0,45 um. Imediatamente após a filtração, o filtro seco e o conteúdo a 105 ° C durante um mínimo de 4 h e em seguida pesa-se a aproximação de 0,1 mg. Use tele média das três amostras como uma medida de TSS em cada aquário.
    11. Compare médias obtidas na Seção 5.5.4 para as medições NTU observados registrados para cada aquário. Reprogramar os limites NTU até que a concentração do TSS desejado é conseguido (por exemplo., 600 NTU ≈ 500 mg / L TSS).
  6. Determinar o tamanho da malha de tela necessária para conter os animais dentro de cada aquário.
    1. Para animais maiores, como peixes (por exemplo.,> 3 cm) ou lugar marisco uma tela na parte inferior para separar os animais a partir da abertura da bomba. Instalar uma inserção de tela na antepara dreno do excesso do aquário para evitar fugas.
    2. Conter pequenas fases da vida, como ovos de peixes, larvas e frite em uma câmara (10,16 centímetros de diâmetro (id) por 12,7 cm de comprimento (1.029 ml) feitos de tubo de PVC) para submergir em um aquário foge (Figura 5).
      1. Corte três 8,25 centímetros de largura por 9,52 cm de comprimento furos fora do lado da câmara. Instale pano de tela de nylon no botTom da câmara e sobre os furos de corte do lado. Use uma tampa de PVC como uma tampa removível para introduzir e retirar animais de teste.
      2. Corte um buraco circular no tampão suficiente para ver animais de teste a partir de cima, deixando uma borda para anexar um pano tela de nylon. Instalar todas as telas no interior da câmara para impedir a partir de organismos que entram em contacto com as bordas cortantes de PVC.
        NOTA: Escolha um tamanho de malha de tela que contém animais de teste, permitindo simultaneamente sedimentos teste suspenso para entrar.
      3. Completamente imersa a câmara no meio ou ao lado de um aquário, suspendendo-o verticalmente usando três comprimentos curtos de corda (# 18 brancos linha Mason trançado) e ganchos construídos a partir de fio elétrico. Nó do laço engate do Blake perto de cada gancho e ajustar o comprimento da corda para nivelar a câmara.
  7. Determine quantas tanque do aquário trocas de volume são necessários por dia para atender os objetivos do projeto e da qualidade da água. Ajuste tele regulador de pressão da água (ver Secção 2.2) e tempo de abertura do solenóide (por exemplo, aberto todos os 10 min durante 10 s) para criar o caudal de água desejado. Preencha banhos de água com água e operar trocadores de calor refrigerador de água para confirmar que as temperaturas de teste pode ser alcançado e mantido.

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Figura 5. FOGE sub-câmara. Vista geral de uma sub-câmara de exposição suspensa em um aquário sem sedimentos adicionado (à esquerda). Larvas de peixes de tamanho apropriado pode ser contido dentro da sub-câmara para reduzir a possibilidade de fuga e lesão (à direita). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Procedimentos Experimentais

  1. Ligue todos os foge hardware utilizado para aquisição de dados, instrumento controlar umd automação. Encha o aquários, banhos de água e reservatório de água com água de ensaio desejado. Inicie todos os trocadores de calor refrigerador de água. Confirmar e ajustar ciclo de luz.
    1. Encha o tanque de mistura com carvão água da torneira filtrada. Comece bomba para recirculação de água. Utilizar um agitador mecânico e homogeneizar o recipiente de teste de sedimento. Após o sedimento é homogeneizado, remover uma pequena porção (≈500 mL) e introduzir no tanque de mistura. Continuar a introduzir sedimento até 1.000 NTU é atingido.
    2. No perfil de GUI, criar um perfil para cada aquário para executar uma exposição contínua de 72 horas (4320 minutos), utilizando as mesmas designações de TSS utilizados na preparação. Utilizar os dados obtidos durante as preparações experimentais para programar NTUs para atender as concentrações de SST em cada aquário. Para o controle (0 mg / L TSS) definir a NTU a 0; 100 mg / L TSS definir o NTU a 100; 250 mg / L TSS definir o NTU a 280; e 500 mg / L TSS definir o NTU para 600.
    3. Na guia Instalação do Valve, usar dados obtidos a partir de preparation (Seção 5.5.8) para programar o intervalo do ciclo de válvula de água e lama. Defina o intervalo de ciclo da água por 600 s e atraso de válvula de água por 5 s. Defina o intervalo do ciclo de suspensão por 180 s, abrindo por 3 s e atraso para 1 s.
    4. Introduzir animais em aquários usando diretrizes estabelecidas no protocolo de cuidados com os animais e uso aprovado. Para os ovos, a transferência do tanque de retenção a uma câmara de exposição através de uma pipeta de transferência de plástico. Para peixes maiores, como alevinos (comprimento total de 2-8 cm), use uma rede de aquário nylon.
  2. Depois animais são estocados em aquários, acesse o GUI e na guia Water Bath começar a todos os perfis de aquário. Operar foge durante pelo menos 1 h de modo NTUs pode estabilizar em cada aquário antes de coletar uma amostra de sedimento em suspensão. Transforme dados registando-se gravar leituras NTU por cada OBS aquário.
  3. Manter foge diariamente por cobrir fora de água e lamas reservatórios com água de teste e sedimentos.
    NOTA: A frequência de introduções de polpa é positively correlacionados com níveis crescentes NTU. Portanto, a quantidade de água e sedimento utilizado cada dia é dependente de trocas de volume programados NTUs e desejados. Normalmente, 25-50 gal pode ser usado cada dia de água ou lama.
    1. Limpe cuidadosamente sondas OBS diariamente com um pano úmido para remover os sedimentos acumulam no rosto sensor. Verifique refrigeradores de água e bombas para a operação normal. Recolhe medições simultâneas TSS diária para prever TSS para o resto do dia, com base em medições NTU registados em intervalos especificados pelo programa de computador.
  4. temperatura de medida, de oxigénio dissolvido, pH (e outros parâmetros, dependendo da espécie e outras necessidades) por dia para cada aquário usando uma sonda multi-instrumento de qualidade de água portátil concebido para este propósito.
  5. Terminar um experimento automaticamente, especificando a duração da exposição em cada perfil aquário ou manualmente, parando todos os perfis do aquário.
  6. Determinar pontos finais para b experimentaise medidos, como o sucesso de eclosão, o tempo para chocar, a mortalidade, o crescimento (comprimento e peso) e morfologia.

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Resultados

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Uma série de ensaios operacionais é realizado antes do início de uma experiência para assegurar que o foge está entregando as concentrações apropriadas de sedimentos para cada aquário (Secções 5.5 e 6.2). A Figura 6 ilustra como as concentrações NTU são mantidos em aquários experimentais para atingir concentrações de sedimentos suspensos alvo. Neste exemplo, foge avaliado se o sedimento em suspensão pode ser mantida ao longo de um período de três dias com o sedimento de ...

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Discussão

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

A tecnologia foge melhora os métodos existentes em 4,9 por manter e controlar sedimentos suspensos sobre uma vasta gama de tempos de exposição e concentrações de sedimentos suspensos utilizando um sistema automatizado, controlado por computador. A tecnologia é flexível de modo que ele pode ser usado para avaliar os efeitos de sedimentos suspensos a múltiplas espécies aquáticas e fases da vida de diferentes tamanhos de ovos para adultos, dependendo das espécies. No futuro, a tecnologia é capaz de avaliar os ef...

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Divulgações

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Opiniões, interpretações, conclusões e recomendações são de responsabilidade dos autores e não são necessariamente endossadas pelo Exército dos EUA. As citações de organizações comerciais ou nomes comerciais neste relatório não constituem um endosso ou aprovação oficial do Departamento do Exército dos produtos ou serviços dessas organizações. Os autores Burton C. Suedel e Justin L. Wilkens, ambos do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenheiros do Exército dos EUA, declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

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

Esta pesquisa foi financiada pelo Programa de Operações de Dragagem e Pesquisa Ambiental do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, Todd Bridges, Diretor. A permissão foi concedida pelo Chefe de Engenheiros para publicar este material.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Lista de Peças para Um Módulo FFLEES, Banho-maria e Aquárioposte
, madeira - usado para construir o módulo (cortado em 78 pol)Fornecedor localN/AQuantidade: 4
Tamanho: 4 pol x 4 pol x 8 pés
de madeira compensada, grau marinho - preso a postes de madeira cerca de 18 pol fora do chão - para segurar o banho-maria (60 pol x 42 pol)Fornecedor localN/AQuantidade: 1
Tamanho: 3/4 pol x 4 pés x 8 pés
de madeira compensada - fixada em cima de postes de madeira - para segurar tubos, solenóides e elétricos (60 pol x 42 pol)Fornecedor localN/AQuantidade: 1
Tamanho: 1/4 pol x 4 pés x 8 pés
de estudo, madeira - usado para segurar compensado e postes de madeira (cortado para caber)Fornecedor localN/AQuantidade: 4
Tamanho: 2 pol x 4 pol x 96 pol tanque
, fibra de vidro - banho-maria com dois drenos: 1) para fornecer resfriador; e 2) para drenar águaHydro Composites, LLC, Stockdale, TX, EUAFBT-226Quantidade: 1
Tamanho: chiller de 150 gal
água com bomba autônoma - para banho-maria; chiller fica sob o móduloRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, EUACFF-500Quantidade: 1
Tamanho: tanque de 1/2 hp
, fundo abobadado - FOGE de aquários - sente-se dentro do banho-mariaUnited States Plastic Corp, Lima, OH, EUA5197Quantidade: 5
Tamanho: tanque de 19 L
, suporte - suporte de acrílico, 12 pol x 12 pol x 6 pol - para segurar aquáriosconstruídos sob medida pelas lojas ERDCN/AQuantidade: 5
Tamanho: bomba personalizada
, acionamento magnético - para suspender sedimentos em cada aquárioMarch Manufacturing Inc., Glenview, IL, USAMDX-3-1/2 115 vQuantidade: 5
Tamanho: 28 litros por min
de luz, LED - instalado sobre o banho-mariaC2 Development, Inc., Ames, IA, USAHydra 26Quantidade: 2
Tamanho: baseado na área para iluminar
tubo, PVC schedule 40 - instalado no dreno do banho-maria para controlar o nível da águaFornecedor localN/AQuantidade: -
Tamanho: 1 in
conexões, anteparo - para conexões de aquários/banho-maria para bombas, drenos, linhas de água e lamaLifegard Aquatics, Cerritos, CA, EUAR270900Quantidade: 30
Tamanho: 1/2 pol Conexões FPT x FPT
, insertos roscados machos de desconexão rápida - inserção na anteparagem do tanqueCole-Parmer, Vernon Hills, IL, EUAEW-31303-36Quantidade: 10
Tamanho: 1/2 pol Conexões MPT
, desconexão rápida, barbs de mangueira valvulados - conexão entre o aquário e a inserção na anteparo do tanqueCole-Parmer, Vernon Hills, IL, EUAEW-31303-11Quantidade: 10
Tamanho: 1/2 pol
conexões, cotovelo rosqueado de HDPE preto - para conexões de tubo de vinil de aquários para linha de lama/água e bombaUnited States Plastic Corp, Lima, OH, EUA62043Quantidade: 20
Tamanho: 1/2 NPT x 1/2 in Conexões de identificação de mangueira
, adaptador roscado de HDPE preto - para conexões entre bomba e anteparo de tanqueUnited States Plastic Corp, Lima, OH, EUA62017Quantidade: 10
Tamanho: 1/2 NPT x 1/2 pol Tubo de identificação da mangueira
, vinil - conecta a linha de lama/água aos aquários e para conectar as bombas aos aquáriosFornecedor localN/AQuantidade: 25 pés
Tamanho: 1/2 pol Tubo de identificação
, vinil - conecta aos drenos de aquários e drenos de banho-mariaFornecedor localN/AQuantidade: 25 ft
Tamanho: 5/8 in
ID clamp, mangueira, aço inoxidável - para prender tubo de vinil a mangueiras barbs FornecedorlocalN/AQuantidade: 40
Tamanho: #8
Lista de Peças para Sistema de Chorume
chiller, água com bomba autocontida - fica ao lado do tanque de chorumeRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, EUACFF-500Quantidade: 1
Tamanho: 1/2 hp
Tanque de fundo de cone aberto de 125 galões com suporte - 42 in x 35 in - contém a água e sedimentos para fazer lamaUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8586Quantidade: 1
Tamanho: 125 gal
Tampa para tanque de 125 galõesUnited States Plastic Corp, Lima, OH, EUA8935Quantidade: 1
Tamanho: 42 pol x 35 pol
válvula, PVC - conecte o dreno do tanque à bomba - isole para manutençãofornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 2
Tamanho: bomba de 1-1/2 pol
., diafragma duplo montado no suporte - usado para recircular Wilden-pumps.co.uk de polpae Air Pumping Ltd., Essex, Reino UnidoP2/PPPP/WF/WF/PTV/400Quantidade: 1

sensor distribuidor de contato
, retroespalhamento óptico - meça NTU no tanque de lamaCampbell Scientific, Logan, UT, EUAOBS-3+Quantidade: 1
Tamanho: 0-1.000 Tubo NTU
, PVC Schedule 40 - para recircular lamafornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 20 ft
Tamanho: 1 in
tubo, PVC flexível - equipado com união e usado para conectar ao próximo módulofornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 10 ft
Tamanho: 1 in
união, PVC Schedle 80 Soquete - conecte a linha de lama com o próximo módulofornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 8
Tamanho: Solenóide de 1/2 pol
., plastomático (normalmente fechado) - introduzir lamaPlast-O-Matic Valves, Inc., Cedar Grove, NJ, EUAEASYMT4V12R24-PVQuantidade: 5
Tamanho: 1/2 pol NPT rosqueado, 24 VAC
contato distribuidor de encaixe, PVC tee - conecte o tubo de lama com o solenóidefornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 1 pol x 1 pol x 1 pol deslizamento x deslizamento x FIPT
conexões, válvula de esfera de PVC de 1 pol rosqueada - desligada para entrega de chorume para solenóide/linhas de águafornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 7
Tamanho: 1/2 pol
conexões, 1 pol união de PVC rosqueada - conecte o solenóide de chorume à válvula de cortelocal de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 1/2 pol
tubo, vinil - conexão entre solenóide de água e solenóide de lamaFornecedor localN/AQuantidade: 50 ft
Tamanho: 1/4" ID
Lista de peças para sistema de água
chiller, água com bomba autônoma - fica ao lado do reservatórioRemcor Products Co., Glendale Heights, IL, EUACFF-500Quantidade: 1
Tamanho:
Tanque de fundo de cone aberto de 1/2 hp 125 galões com suporte - 42 in x 35 in - contém a água e sedimentos para fazer lamaUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8586Quantidade: 1
Tamanho: 125 gal
Tampa para tanque de 125 galõesUnited States Plastic Corp, Lima, OH, USA8935Quantidade: 1
Tamanho: Válvula de 42 pol x 35 pol
, PVC - conecta o dreno do tanque à bomba de águafornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 2
Tamanho: bomba de 1 pol
., acionamento magnético, uso em linha - usado para recircular água para aquários e resfriadoresLittle Giant, Fort Wayne, IN, EUA3-MD-SCQuantidade: 1
Tamanho: solenóide de 1/12 hp
, alco - introduzir águadescontinuada; ASCO, Florham Park, NJ,USA para similarN/AQuantidade: 5
Tamanho: 24 v, 1/4 in conexões NIPT
, conector redutor HDPE preto - conecte a linha de água da mangueira de 1/4 in do solenóide  para a mangueira de 1/2 infornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 1/2 in ID da mangueira x 1/4 in conexões ID da mangueira
, tee HDPE preto - conecte a linha de água da mangueira de 1/2 in e a pasta aofornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 1/2 pol NPT x 1/2 pol ID da mangueira x 1/2 pol conexões de identificação da mangueira
, cotovelo de ruafornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 1/2 pol 90° Conexões MIPT x FIPT
, bicos de tubo roscados em PVC - conectam conexões de união com solenóides e outras conexõesfornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 12
Tamanho: 1/2 in
conexões, união rosqueada - conecta linhas de lama/água com o próximo módulofornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 6
Tamanho: 1 in PVC 
conexões, bucha redutora - conecte ao tee redutor na linha de águafornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 1/2 pol macho por 1/4 pol fêmea Conexões FIPT
, bicos de tubo roscados - conexão entre bucha e solenóide de águafornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5
Tamanho: 4 pol de comprimento x 1/4 pol
de tubo, PVC - faça conexões entre tanque, bomba e chillerfornecedor local de encanamentoN/AQuantidade: 5 ft
Tamanho: Schedule 40
Lista de Peças para Sensores, Dispositivo de Aquisição de Dados e Software de Computador
software, LabViewNational Instruments, Austin, Texas, EUALabView 2015 Quantidade Base: 1
Tamanho: N/A
SCXI-1001 Chassi de 12 Slots, U.S. 120 VACNational Instruments, Austin, Texas, EUA776571-01Quantidade: 1
Tamanho: N/A
SCXI 1100 - 32-Canais, ± Módulo de Entrada Analógica de 10 V NationalInstruments, Austin, Texas, EUA776572-00Quantidade: 1
Tamanho: N/A
SCXI 1303 - Bloco de terminais projetado para medições de termopar de alta precisãoNational Instruments, Austin, Texas, EUA777687-03Quantidade: 2
Tamanho: N/A
SCXI 1102B - Módulo de Entrada de Termopar/Tensão de 32 CanaisNational Instruments, Austin, Texas, EUA776572-02BQuantidade: 1
Tamanho: N/A
SCXI 1161 - Módulo de Relé de Propósito GeralNational Instruments, Austin, Texas, EUA776572-61Quantidade: 6
Tamanho: N/A
SCXI 1300 - Módulo de Tensão de Propósito GeralNational Instruments, Austin, Texas, EUA777687-00Quantidade: 1
Tamanho: N/A
PCMCIA Card DAQCARD-AI-16E-4National Instruments, Austin, Texas, EUA N/A - legadoQuantidade: 1
Tamanho: N/A
cartões usados disponíveis online
sensor, retroespalhamento óptico - meça NTU em cada aquárioCampbell Scientific Inc., Logan, UT, EUAOBS-3+Quantidade: 5
Tamanho: 0-1.000 NTU
, fornecedor aquaria

Referências

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. National Research Council (NRC). A process for setting, managing, and monitoring environmental windows for dredging projects. Marine Board, Transportation Research Board, Special Report 262. , National Academy Press. Washington, DC. (2001).
  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).
  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).
  6. Travis, J., Kring, J. LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun (National Instruments Virtual Instrumentation Series). , Prentice Hall PTR. (2006).
  7. USEPA, Hazardous Waste Test Methods/SW-846 On-line. Office of Solid Waste and Emergency Response (OSWER). , Washington, D.C. Available from: https://www.epa.gov/hw-sw846/sw-846-compendium (2016).
  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).
  9. Clarke, D. G., Wilber, D. H. Assessment of potential impacts of dredging operations due to sediment resuspension. , DOER Technical Notes Collection(TN-DOER-E9), U.S. Army Engineer Research and Development. Center, Vicksburg, MS. Available from: http://el.erdc.usace.army.mil/dots/doer/pdf/doere9.pdf (2000).
  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).
  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).
  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).
  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).
  14. Reine, K., Clarke, D., Dickerson, C., Pickard, S. Assessment of potential impacts of bucket dredging plumes on walleye spawning habitat in Maumee Bay, Ohio. Proceedings of the 18th World Dredging Congress (WODCON XVIII). , Lake Buena Vista, FL, USA . (2007).

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

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