专利名称：一种废水在线生物监测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废水在线监测的方法和装置，更具体的说是一种废水在线生物监测方法和装置。
背景技术：
水是人类生产和生活中不可缺少的重要资源，一方面近年来，我国化工废水排放总量一直占全国工业废水排放总量之首，已成为我国主要的水环境污染问题；其中由有毒有机化合物引起的水环境污染问题尤为严重，这主要是因为不少有机物属于致癌、致畸、致突变的“三致”物质，能使动物引发肿瘤，严重影响人体健康和动植物生长，进而干扰和破坏生态平衡。另一方面由于全球化的发展，交通运输的与日俱增，商品的频繁流动，特别是有毒有害化工产品的物流，发生溢流、泄漏等事件，对河流、水库等水源造成的急性污染时有发生。这些都迫切要求有一种灵敏的在线预警监测系统即时发现水的突发性污染，及时采取有效的安全防范措施。由于受到废水处理技术等因素的限制，部分企业排放的废水中，仍然含有许多对人体健康有害的有毒有机物质。而现有的废水达标排放标准，仅能满足最基本的要求，所涉及排放标准的参数仅是诸如COD等少数指标，难以有效控制有毒物质的排放。由于传统的采样检验面对一些突发的事故，如事故性污染、投毒等事件反应滞后，无法及时做出反应， 于是诞生了全天候的水质在线生物监测。在线生物监测可以对水质进行连续M小时不间断监测，直观地对响应水质的突变产生的生物毒性，从而及时采取应对措施，将危害降到最小。水质的在线生物监测(也称生物早期预警系统，biological early warning systems, BEffS),是近年在生物毒性试验基础上发展起来的，是将活生物置于监测室内，建立生物信号检测系统，根据生物个体的异常生理或行为变化警报污染事件，主要用于监测污染物毒性在短期内的变化。它提供了一种评价污染物对生物潜在的负面影响快速而经济的方法，特别是在化学的方法不能监测(有机毒物的未知降解产物)，实际也无法监测(毒性物质混合物的协同或拮抗作用)或者化学方法监测费用极其昂贵时，在线生物监测能充分发挥作用。与理化监测和生物毒性测试相比，在线生物监测系统显示出巨大的优越性。国外生物在线监测研究发展较为迅速，并且已经得到应用，应用最多的在欧洲重大河流及支流(主要是莱茵河流域)上。英国、南非、美国和日本等国家也相继发展了此项技术。德国、荷兰、英国、美国等已有水质污染的在线生物监测系统投入实际应用，并已进行商品化生产。用于监测各种饮用水处理厂、水产养殖场、污水处理厂等取水口和(或)排水口的水质。国内也有相关的研究报道，主要是吴永贵的运用隆线蚤的趋光性行为进行重金属污染的研究(吴永贵等，环境科学学报，2004)。李志良等讨论了利用水生生物的行为生态学变化进行水质在线生物监测的方法，以有机磷农药(敌敌畏、对硫磷)为预选水体污染物，以大型蚤为受试生物进行了突发性农药污染事件的生物在线预警试验(李志良等，中国给水排水，2007)。任宗明等论证了通过监测大型蚤运动相对行为变化，实现对百菌清、除草醚和溴氰菊酯农药污染事故的在线生物监测(任宗明等，中国给水排水，2006)。徐希莲等对开发藻类在线监测系统进行了展望(徐希莲等，莱阳农学院学报，2001)。综上所述，在线生物检测技术能利用早期预警功能，通过所选择的指示生物行为活动及其变化来反映水环境及其质量变化对生物的胁迫。按指示生物种类有细菌、藻类、 双壳软体动物、鱼类和水蚤在线生物监测系统。但是国外已经运行的在线生物监测系统还有很多不足，如安装运行费用较高，系统稳定性较差，误报警率较高，在温带地区，大多系统只能季节性使用，或为系统提供良好的支持系统后方可常年使用。而且大多这些还停留在实验室研究上，基本无法达到实验室外的真实现场环境应用，现场应用的报道还没有见到。生物在线检测技术与设备是当前优先发展的高技术产业化重点领域指南上明确指出的研究内容。基于目前研究、应用现状，可以相信随着相关技术的发展，特别是生物技术及电子信息技术的发展，生物在线生物监测系统发展前景广阔。蚤类属枝角类动物的一种，在水生生态系统食物网中处于关键地位，对其生存环境内化学组成的变化非常敏感，适宜环境中以孤雌生殖为主，具有良好的均质性，又因其具有高的出生率，所以水蚤是一种标准的毒性试验材料，可作为水质变化的生物指示物，目前已经在生活或工业污水、地表水、地下水以及生活饮用水等生物监测方面发挥着重要作用。
发明内容
1、要解决的技术问题
针对现有的废水在线生物监测难以实行，本发明提供了一种废水在线生物监测方法和装置，通过废水在线生物监测装置观察的行为测试探针，同时运用自动测量和自动控制技术，快捷、准确地判断水蚤因受污染而做出的相关反应，拟实现化工园区废水的在线生物监测。2、技术方案
本发明的原理
在线生物监测是利用对生活在水环境的生物个体行为变化进行实时监测的技术。在所有变化中，EC50、LC50等常规指标结果可反映污染物对生物的影响，但生物死亡造成的物种减少和消亡，往往已是污染造成的晚期效应，这样的结果只能评价污染对生态系统的最终影响，难以起到早期预报控制和有效保护生物的作用。因此，本发明通过受试生物大型蚤游动将影响流通室内电场的分布，具体表现为输出电流或电压的变化，即当大型蚤受到外源性有毒物质作用而发生行为强度的增加或减弱，系统输出的感应电流指标将出现相应变化。参照流通室内大型蚤在实验过程中保持正常的游动，对感应电流影响随时间呈现递增的趋势；而实验流通室大型蚤在暴露达到能够引起蚤运动形式发生变化的效应浓度时， 出现感应电流在监测周期内随暴露时间增加不断降低的变化，同时结合自动测量和控制技术，实现流动废水生物毒性的在线监测。本发明的技术方案
一种废水在线生物监测装置，包括两组通道单元，每个单元包括储液室、流通室、感应电极、万用表和循环泵，循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露，流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对与稳压电源适配器相连作为电信号输入端，另一对电极通过导线与万用表相连组成电信号输出端。本发明中两组通道单元一组用于参照另一组用于废水监测，两者存在相同的动力学条件，包括水流速度和体积。本发明一种废水在线生物监测方法，其步骤为
(A)大型蚤的培养，试验用蚤的取得；
(B)标准稀释水的配制；
(C)向参照流通室内加入人工稀释水溶液，实验流通室内加入所需废水，而后在流通室内各放入大型蚤；
(D)大型蚤放入流通室5min后，开启电源适配器开关的同时开始实验计时；
(E)从0时刻开始，每间隔5min记录参照和实验流通室的瞬时感应电流，30 min时刻
记录并停止实验；
(F)两至三次重复，分析记录结果，判断对照与实验组间是否有显著差异。本发明步骤中大型蚤的培养严格参照《水质物质对蚤类(大型蚤)急性毒性测定方法》的国标方法进行。结果判定在于多次重复试验后，若二者存在显著差异，则说明大型蚤行为受到抑制，可作为水质变化的预警。3、有益效果
本发明提供了一种废水在线生物监测方法和装置，可以直观反映所排放水质是否安全，应对污染负荷的变化进行安全保障预警，这在国内外化工园区废水排放、污染企业废水排放以及集中式污水处理后污水排放等实时现场监控方面具有很好的应用前景，它为废水排放控制、有效管理提供技术支撑；同时，本发明的应用，将会给环保监测部门污染事故监测、纠纷仲裁监测提供“电子眼睛”。本发明装置结构简单，体积小，易操作，可移动性强，室内外均可使用。制作方便， 成本低。
图1.本发明装置结构示意图，储液室2、流通室1、感应电极4、万用表5和循环泵 3 ；
图2. Atman牌潜水泵； 图3.储液室； 图4.流通室侧面及俯视图； 图5.稳压源与铜电极； 图6.成元万用表；
图7.单、双通道在线生物监测系统示意图； 图8.电极浸没高度与感应电压关系； 图9.流速对输出电压影响； 图10.参照与实验流通室瞬时感应电流图； 图11.在线监测系统单元设计单个实验池装置中参数设置为单个实验池尺寸5X7X8厘米，实验池内液面高度4厘米，储液箱尺寸5X8X15厘米，流动泵可控流速范围l-10mL/min ； 图12.在线监测系统整体装置简图
相关设置及池内装置装置整体尺寸40X50厘米，池内装置搅拌器、恒温装置、光源、12个实验池等。上下两排共有12个实验单元，用于不同浓度废水的实验，可以自由选择使用单元的数目；
图13实验装置示意图； 图14 pH对大型蚤分布影响图； 图15 PFOA暴露时间一感应电流变化趋势图； 图16PF0S暴露时间一感应电流变化趋势图。
具体实施例方式实施操作包括指标可利用性确定(包括pH对大型蚤行为影响和化合物对硝基酚的室内小试确定大型蚤行为指标的可利用性)以及使用实际在线监测系统PFOS和PFOA化合物的水毒性测试。大型蚤的培养参照《水质物质对蚤类(大型蚤)急性毒性测定方法》的国标方法进行，具体指标如下
权利要求
1.一种废水在线生物监测装置，其特征在于包括两组通道单元，每个单元包括循环泵 (3)、储液室(2)、流通室(1)、感应电极(4)和万用表(5)，循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露，流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对与稳压电源适配器相连作为电信号输入端，另一对电极通过导线与万用表相连组成电信号输出端。
2.根据权利要求1所述的废水在线生物监测装置，其特征在于两组通道单元一组用于参照另一组用于废水监测，两者存在相同的动力学条件，包括水流速度和体积。
3.一种废水在线生物监测方法，其步骤为(A)受试生物的培养；(B)标准稀释水的配制；(C)向参照流通室内加入人工稀释水溶液，实验流通室内加入所需废水，而后在流通室内各放入受试生物；(D)受试生物放入流通室后，开启电源适配器开关的同时开始实验计时；(E)从0时刻开始，每间隔5min记录参照和实验流通室的瞬时感应电流，30 min时刻记录并停止实验；(F)两至三次重复，分析记录结果，判断参照与实验组间是否有显著差异。
4.根据权利要求3所述的废水在线生物监测方法，其特征在于受试生物为严格参照 《水质物质对蚤类(大型蚤)急性毒性测定方法》的国标方法进行培养的大型蚤。
全文摘要
本发明公开了一种废水在线生物监测方法和装置，属于废水在线监测领域。本发明装置由循环泵(3)、储液室(2)、流通室(1)、感应电极(4)和万用表(5)组成，循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露。流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对作为电信号输入端，另一对电极与万用表相连组成电信号输出端。受试生物大型蚤游动将影响流通室内电场的分布，具体表现为输出电流或电压的变化。本发明可以直观反映所排放水质是否安全；同时将会给环保监测部门污染事故监测、纠纷仲裁监测提供“电子眼睛”。本发明装置结构简单，可移动性强，室内外均可使用。
文档编号G01N27/60GK102207485SQ201110069399
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者于红霞, 冯政, 刘红玲, 沈燕飞, 郑新梅 申请人:南京大学, 江苏省环境监测中心