專利名稱：一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水在線監(jiān)測(cè)的方法和裝置，更具體的說(shuō)是一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法和裝置。
背景技術(shù)：
水是人類(lèi)生產(chǎn)和生活中不可缺少的重要資源，一方面近年來(lái)，我國(guó)化工廢水排放總量一直占全國(guó)工業(yè)廢水排放總量之首，已成為我國(guó)主要的水環(huán)境污染問(wèn)題；其中由有毒有機(jī)化合物引起的水環(huán)境污染問(wèn)題尤為嚴(yán)重，這主要是因?yàn)椴簧儆袡C(jī)物屬于致癌、致畸、致突變的“三致”物質(zhì)，能使動(dòng)物引發(fā)腫瘤，嚴(yán)重影響人體健康和動(dòng)植物生長(zhǎng)，進(jìn)而干擾和破壞生態(tài)平衡。另一方面由于全球化的發(fā)展，交通運(yùn)輸?shù)呐c日俱增，商品的頻繁流動(dòng)，特別是有毒有害化工產(chǎn)品的物流，發(fā)生溢流、泄漏等事件，對(duì)河流、水庫(kù)等水源造成的急性污染時(shí)有發(fā)生。這些都迫切要求有一種靈敏的在線預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即時(shí)發(fā)現(xiàn)水的突發(fā)性污染，及時(shí)采取有效的安全防范措施。由于受到廢水處理技術(shù)等因素的限制，部分企業(yè)排放的廢水中，仍然含有許多對(duì)人體健康有害的有毒有機(jī)物質(zhì)。而現(xiàn)有的廢水達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，僅能滿足最基本的要求，所涉及排放標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)僅是諸如COD等少數(shù)指標(biāo)，難以有效控制有毒物質(zhì)的排放。由于傳統(tǒng)的采樣檢驗(yàn)面對(duì)一些突發(fā)的事故，如事故性污染、投毒等事件反應(yīng)滯后，無(wú)法及時(shí)做出反應(yīng)， 于是誕生了全天候的水質(zhì)在線生物監(jiān)測(cè)。在線生物監(jiān)測(cè)可以對(duì)水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)M小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，直觀地對(duì)響應(yīng)水質(zhì)的突變產(chǎn)生的生物毒性，從而及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，將危害降到最小。水質(zhì)的在線生物監(jiān)測(cè)(也稱生物早期預(yù)警系統(tǒng)，biological early warning systems, BEffS),是近年在生物毒性試驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是將活生物置于監(jiān)測(cè)室內(nèi)，建立生物信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)生物個(gè)體的異常生理或行為變化警報(bào)污染事件，主要用于監(jiān)測(cè)污染物毒性在短期內(nèi)的變化。它提供了一種評(píng)價(jià)污染物對(duì)生物潛在的負(fù)面影響快速而經(jīng)濟(jì)的方法，特別是在化學(xué)的方法不能監(jiān)測(cè)(有機(jī)毒物的未知降解產(chǎn)物)，實(shí)際也無(wú)法監(jiān)測(cè)(毒性物質(zhì)混合物的協(xié)同或拮抗作用)或者化學(xué)方法監(jiān)測(cè)費(fèi)用極其昂貴時(shí)，在線生物監(jiān)測(cè)能充分發(fā)揮作用。與理化監(jiān)測(cè)和生物毒性測(cè)試相比，在線生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示出巨大的優(yōu)越性。國(guó)外生物在線監(jiān)測(cè)研究發(fā)展較為迅速，并且已經(jīng)得到應(yīng)用，應(yīng)用最多的在歐洲重大河流及支流(主要是萊茵河流域)上。英國(guó)、南非、美國(guó)和日本等國(guó)家也相繼發(fā)展了此項(xiàng)技術(shù)。德國(guó)、荷蘭、英國(guó)、美國(guó)等已有水質(zhì)污染的在線生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用，并已進(jìn)行商品化生產(chǎn)。用于監(jiān)測(cè)各種飲用水處理廠、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)、污水處理廠等取水口和(或)排水口的水質(zhì)。國(guó)內(nèi)也有相關(guān)的研究報(bào)道，主要是吳永貴的運(yùn)用隆線蚤的趨光性行為進(jìn)行重金屬污染的研究(吳永貴等，環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004)。李志良等討論了利用水生生物的行為生態(tài)學(xué)變化進(jìn)行水質(zhì)在線生物監(jiān)測(cè)的方法，以有機(jī)磷農(nóng)藥(敵敵畏、對(duì)硫磷)為預(yù)選水體污染物，以大型蚤為受試生物進(jìn)行了突發(fā)性農(nóng)藥污染事件的生物在線預(yù)警試驗(yàn)(李志良等，中國(guó)給水排水，2007)。任宗明等論證了通過(guò)監(jiān)測(cè)大型蚤運(yùn)動(dòng)相對(duì)行為變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)百菌清、除草醚和溴氰菊酯農(nóng)藥污染事故的在線生物監(jiān)測(cè)(任宗明等，中國(guó)給水排水，2006)。徐希蓮等對(duì)開(kāi)發(fā)藻類(lèi)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了展望(徐希蓮等，萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001)。綜上所述，在線生物檢測(cè)技術(shù)能利用早期預(yù)警功能，通過(guò)所選擇的指示生物行為活動(dòng)及其變化來(lái)反映水環(huán)境及其質(zhì)量變化對(duì)生物的脅迫。按指示生物種類(lèi)有細(xì)菌、藻類(lèi)、 雙殼軟體動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)和水蚤在線生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。但是國(guó)外已經(jīng)運(yùn)行的在線生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還有很多不足，如安裝運(yùn)行費(fèi)用較高，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，誤報(bào)警率較高，在溫帶地區(qū)，大多系統(tǒng)只能季節(jié)性使用，或?yàn)橄到y(tǒng)提供良好的支持系統(tǒng)后方可常年使用。而且大多這些還停留在實(shí)驗(yàn)室研究上，基本無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)室外的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的報(bào)道還沒(méi)有見(jiàn)到。生物在線檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備是當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南上明確指出的研究?jī)?nèi)容。基于目前研究、應(yīng)用現(xiàn)狀，可以相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是生物技術(shù)及電子信息技術(shù)的發(fā)展，生物在線生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展前景廣闊。蚤類(lèi)屬枝角類(lèi)動(dòng)物的一種，在水生生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)中處于關(guān)鍵地位，對(duì)其生存環(huán)境內(nèi)化學(xué)組成的變化非常敏感，適宜環(huán)境中以孤雌生殖為主，具有良好的均質(zhì)性，又因其具有高的出生率，所以水蚤是一種標(biāo)準(zhǔn)的毒性試驗(yàn)材料，可作為水質(zhì)變化的生物指示物，目前已經(jīng)在生活或工業(yè)污水、地表水、地下水以及生活飲用水等生物監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著重要作用。
發(fā)明內(nèi)容
1、要解決的技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)現(xiàn)有的廢水在線生物監(jiān)測(cè)難以實(shí)行，本發(fā)明提供了一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法和裝置，通過(guò)廢水在線生物監(jiān)測(cè)裝置觀察的行為測(cè)試探針，同時(shí)運(yùn)用自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制技術(shù)，快捷、準(zhǔn)確地判斷水蚤因受污染而做出的相關(guān)反應(yīng)，擬實(shí)現(xiàn)化工園區(qū)廢水的在線生物監(jiān)測(cè)。2、技術(shù)方案
本發(fā)明的原理
在線生物監(jiān)測(cè)是利用對(duì)生活在水環(huán)境的生物個(gè)體行為變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)。在所有變化中，EC50、LC50等常規(guī)指標(biāo)結(jié)果可反映污染物對(duì)生物的影響，但生物死亡造成的物種減少和消亡，往往已是污染造成的晚期效應(yīng)，這樣的結(jié)果只能評(píng)價(jià)污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的最終影響，難以起到早期預(yù)報(bào)控制和有效保護(hù)生物的作用。因此，本發(fā)明通過(guò)受試生物大型蚤游動(dòng)將影響流通室內(nèi)電場(chǎng)的分布，具體表現(xiàn)為輸出電流或電壓的變化，即當(dāng)大型蚤受到外源性有毒物質(zhì)作用而發(fā)生行為強(qiáng)度的增加或減弱，系統(tǒng)輸出的感應(yīng)電流指標(biāo)將出現(xiàn)相應(yīng)變化。參照流通室內(nèi)大型蚤在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持正常的游動(dòng)，對(duì)感應(yīng)電流影響隨時(shí)間呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)；而實(shí)驗(yàn)流通室大型蚤在暴露達(dá)到能夠引起蚤運(yùn)動(dòng)形式發(fā)生變化的效應(yīng)濃度時(shí)， 出現(xiàn)感應(yīng)電流在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)隨暴露時(shí)間增加不斷降低的變化，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)測(cè)量和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)廢水生物毒性的在線監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)裝置，包括兩組通道單元，每個(gè)單元包括儲(chǔ)液室、流通室、感應(yīng)電極、萬(wàn)用表和循環(huán)泵，循環(huán)泵放置在儲(chǔ)液室遠(yuǎn)離流通室的側(cè)面底部，通過(guò)塑料管與流通室相接，流通室側(cè)壁與儲(chǔ)液室側(cè)面等高處相連，實(shí)現(xiàn)全程的流動(dòng)暴露，流通室內(nèi)側(cè)放置兩對(duì)帶螺母的銅電極，其中一對(duì)與穩(wěn)壓電源適配器相連作為電信號(hào)輸入端，另一對(duì)電極通過(guò)導(dǎo)線與萬(wàn)用表相連組成電信號(hào)輸出端。本發(fā)明中兩組通道單元一組用于參照另一組用于廢水監(jiān)測(cè)，兩者存在相同的動(dòng)力學(xué)條件，包括水流速度和體積。本發(fā)明一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法，其步驟為
(A)大型蚤的培養(yǎng)，試驗(yàn)用蚤的取得；
(B)標(biāo)準(zhǔn)稀釋水的配制；
(C)向參照流通室內(nèi)加入人工稀釋水溶液，實(shí)驗(yàn)流通室內(nèi)加入所需廢水，而后在流通室內(nèi)各放入大型蚤；
(D)大型蚤放入流通室5min后，開(kāi)啟電源適配器開(kāi)關(guān)的同時(shí)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)；
(E)從0時(shí)刻開(kāi)始，每間隔5min記錄參照和實(shí)驗(yàn)流通室的瞬時(shí)感應(yīng)電流，30 min時(shí)刻
記錄并停止實(shí)驗(yàn)；
(F)兩至三次重復(fù)，分析記錄結(jié)果，判斷對(duì)照與實(shí)驗(yàn)組間是否有顯著差異。本發(fā)明步驟中大型蚤的培養(yǎng)嚴(yán)格參照《水質(zhì)物質(zhì)對(duì)蚤類(lèi)(大型蚤)急性毒性測(cè)定方法》的國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行。結(jié)果判定在于多次重復(fù)試驗(yàn)后，若二者存在顯著差異，則說(shuō)明大型蚤行為受到抑制，可作為水質(zhì)變化的預(yù)警。3、有益效果
本發(fā)明提供了一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法和裝置，可以直觀反映所排放水質(zhì)是否安全，應(yīng)對(duì)污染負(fù)荷的變化進(jìn)行安全保障預(yù)警，這在國(guó)內(nèi)外化工園區(qū)廢水排放、污染企業(yè)廢水排放以及集中式污水處理后污水排放等實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控方面具有很好的應(yīng)用前景，它為廢水排放控制、有效管理提供技術(shù)支撐；同時(shí)，本發(fā)明的應(yīng)用，將會(huì)給環(huán)保監(jiān)測(cè)部門(mén)污染事故監(jiān)測(cè)、糾紛仲裁監(jiān)測(cè)提供“電子眼睛”。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，易操作，可移動(dòng)性強(qiáng)，室內(nèi)外均可使用。制作方便， 成本低。
圖1.本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖，儲(chǔ)液室2、流通室1、感應(yīng)電極4、萬(wàn)用表5和循環(huán)泵 3 ；
圖2. Atman牌潛水泵； 圖3.儲(chǔ)液室； 圖4.流通室側(cè)面及俯視圖； 圖5.穩(wěn)壓源與銅電極； 圖6.成元萬(wàn)用表；
圖7.單、雙通道在線生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖； 圖8.電極浸沒(méi)高度與感應(yīng)電壓關(guān)系； 圖9.流速對(duì)輸出電壓影響； 圖10.參照與實(shí)驗(yàn)流通室瞬時(shí)感應(yīng)電流圖； 圖11.在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)單個(gè)實(shí)驗(yàn)池裝置中參數(shù)設(shè)置為單個(gè)實(shí)驗(yàn)池尺寸5X7X8厘米，實(shí)驗(yàn)池內(nèi)液面高度4厘米，儲(chǔ)液箱尺寸5X8X15厘米，流動(dòng)泵可控流速范圍l-10mL/min ； 圖12.在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體裝置簡(jiǎn)圖
相關(guān)設(shè)置及池內(nèi)裝置裝置整體尺寸40X50厘米，池內(nèi)裝置攪拌器、恒溫裝置、光源、12個(gè)實(shí)驗(yàn)池等。上下兩排共有12個(gè)實(shí)驗(yàn)單元，用于不同濃度廢水的實(shí)驗(yàn)，可以自由選擇使用單元的數(shù)目；
圖13實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 圖14 pH對(duì)大型蚤分布影響圖； 圖15 PFOA暴露時(shí)間一感應(yīng)電流變化趨勢(shì)圖； 圖16PF0S暴露時(shí)間一感應(yīng)電流變化趨勢(shì)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施操作包括指標(biāo)可利用性確定(包括pH對(duì)大型蚤行為影響和化合物對(duì)硝基酚的室內(nèi)小試確定大型蚤行為指標(biāo)的可利用性)以及使用實(shí)際在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)PFOS和PFOA化合物的水毒性測(cè)試。大型蚤的培養(yǎng)參照《水質(zhì)物質(zhì)對(duì)蚤類(lèi)(大型蚤)急性毒性測(cè)定方法》的國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行，具體指標(biāo)如下
權(quán)利要求
1.一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括兩組通道單元，每個(gè)單元包括循環(huán)泵 (3)、儲(chǔ)液室(2)、流通室(1)、感應(yīng)電極(4)和萬(wàn)用表(5)，循環(huán)泵放置在儲(chǔ)液室遠(yuǎn)離流通室的側(cè)面底部，通過(guò)塑料管與流通室相接，流通室側(cè)壁與儲(chǔ)液室側(cè)面等高處相連，實(shí)現(xiàn)全程的流動(dòng)暴露，流通室內(nèi)側(cè)放置兩對(duì)帶螺母的銅電極，其中一對(duì)與穩(wěn)壓電源適配器相連作為電信號(hào)輸入端，另一對(duì)電極通過(guò)導(dǎo)線與萬(wàn)用表相連組成電信號(hào)輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水在線生物監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于兩組通道單元一組用于參照另一組用于廢水監(jiān)測(cè)，兩者存在相同的動(dòng)力學(xué)條件，包括水流速度和體積。
3.一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法，其步驟為(A)受試生物的培養(yǎng)；(B)標(biāo)準(zhǔn)稀釋水的配制；(C)向參照流通室內(nèi)加入人工稀釋水溶液，實(shí)驗(yàn)流通室內(nèi)加入所需廢水，而后在流通室內(nèi)各放入受試生物；(D)受試生物放入流通室后，開(kāi)啟電源適配器開(kāi)關(guān)的同時(shí)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)；(E)從0時(shí)刻開(kāi)始，每間隔5min記錄參照和實(shí)驗(yàn)流通室的瞬時(shí)感應(yīng)電流，30 min時(shí)刻記錄并停止實(shí)驗(yàn)；(F)兩至三次重復(fù)，分析記錄結(jié)果，判斷參照與實(shí)驗(yàn)組間是否有顯著差異。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法，其特征在于受試生物為嚴(yán)格參照 《水質(zhì)物質(zhì)對(duì)蚤類(lèi)(大型蚤)急性毒性測(cè)定方法》的國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行培養(yǎng)的大型蚤。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種廢水在線生物監(jiān)測(cè)方法和裝置，屬于廢水在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置由循環(huán)泵(3)、儲(chǔ)液室(2)、流通室(1)、感應(yīng)電極(4)和萬(wàn)用表(5)組成，循環(huán)泵放置在儲(chǔ)液室遠(yuǎn)離流通室的側(cè)面底部，通過(guò)塑料管與流通室相接，流通室側(cè)壁與儲(chǔ)液室側(cè)面等高處相連，實(shí)現(xiàn)全程的流動(dòng)暴露。流通室內(nèi)側(cè)放置兩對(duì)帶螺母的銅電極，其中一對(duì)作為電信號(hào)輸入端，另一對(duì)電極與萬(wàn)用表相連組成電信號(hào)輸出端。受試生物大型蚤游動(dòng)將影響流通室內(nèi)電場(chǎng)的分布，具體表現(xiàn)為輸出電流或電壓的變化。本發(fā)明可以直觀反映所排放水質(zhì)是否安全；同時(shí)將會(huì)給環(huán)保監(jiān)測(cè)部門(mén)污染事故監(jiān)測(cè)、糾紛仲裁監(jiān)測(cè)提供“電子眼睛”。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可移動(dòng)性強(qiáng)，室內(nèi)外均可使用。
文檔編號(hào)G01N27/60GK102207485SQ201110069399
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者于紅霞, 馮政, 劉紅玲, 沈燕飛, 鄭新梅 申請(qǐng)人:南京大學(xué), 江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心