专利名称：实验室在线自动动态暴露与水体处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，属于环境监测装置， 应用于环境评价技术。
背景技术：
生物毒性测试是对水环境内污染物毒性效应评价的一种非常有效的手段。通常，实验室内生物毒性测试在不同水平上分为个体水平、组织器官水平、细胞水平和分子水平。但不同水平的水体污染物毒性测试都分为两种暴露方法静态暴露和动态暴露。静态暴露是指在暴露过程中，采用固定浓度污染物进行的暴露，暴露过程中，水体不流动，不更换。静态暴露主要针对水体内不易挥发或不发生变化的污染物，例如重金属等。 但大部分水体污染物，例如农药，化学试剂等，很多都属于挥发性有机污染物或半挥发性有机污染物，有些污染物在水体内可能出现见光分解的现象。因此，针对此类水体污染物的生物毒性效应评价，需要采用动态暴露，以保证水体内污染物浓度一致，毒性效应评价结果可
fn °目前，很多动态暴露实验是通过每隔几小时更换水体的方式，或者通过恒流泵将一定浓度的污染物不断泵入实验区域的方式。上述通过每隔几小时更换水体的暴露方式， 不是完全意义上的动态暴露，只能算半动态暴露。该暴露方式的缺点是不能保证水体内污染物，尤其是挥发或半挥发污染物的浓度始终保持一致。通过恒流泵不断将一定浓度液体泵入实验区域的方法虽然属于动态暴露，但该方法很难保证储备暴露溶液中，尤其是在封闭不完善和具有光照的情况下，污染物的浓度会发生明显变化。另外，不论是目前存在的静态试验还是动态试验，都很少考虑试验后污染水体的处理，甚至将实验用水直接排放，对环境造成二次污染。还有水体温度以及光照周期和强度对水体污染物的生物毒性测试结果会产生很大的影响。光照周期和强度也会对生物结果产生影响，而目前的实验方法都无法很好地控制这些因素。
发明内容
本发明的目的在于克服目前已有的暴露方式所具有的缺点，提供一种实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，实现水体毒性效应的生物测试。本发明是通过如下技术方案实现的一种实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，特点是，它包括在线水流系统、水体预处理系统、在线化学物质储备系统、在线混勻系统、在线污染水体处理系统、在线温控系统和在线光照调节系统，其中，
在线水流系统包括支架，在支架的上方设有若干个动态暴露区域，支架的下方设有清水池，清水池与动态暴露区域之间通过上水管路连通，在动态暴露区域内设有溢流管，溢流管的顶部设有换气口和溢流口，溢流管的一端设在动态暴露区域内的水体中，另一端通过管路与在线污染水体处理系统相通；
水体预处理系统通过管路与在线水流系统的清水池连通；在线化学物质储备系统和在线混勻系统设在上水管路与动态暴露区域之间，在线混勻系统的两端通过管路分别与上水管路和动态暴露区域连通，在线化学物质储备系统通过管路与在线混勻系统连通；
在线污染水体处理系统设在动态暴露区域的下方，通过管路与在线水流系统的溢流管连通，在线污染水体处理系统上设有排水口 ；
在线温控系统设在在线水流系统的清水池内；
在线光照调节系统设在动态暴露区域处，在线光照调节系统上设有自动开关控制系统。为了更好地实现发明目的，在上水管路上还可以设有水体分散流量控制装置，水体分散流量控制装置设在上水管路与在线混勻系统之间。为了更好地实现发明目的，在线化学物质储备系统与在线混勻系统之间还可以设有恒流控制装置。为了更好地实现发明目的，在溢流管设在动态暴露区域内的一端处还设有过滤网。为了更好地实现发明目的，在清水池内设有曝气系统。本发明结合实验室内水体污染物毒性生物测试的需要，开发了一套实验室在线自动动态暴露系统实现了水体毒性效应的生物测试，结合自动在线温控系统、自动光照调节系统，实现理想的实验室动态暴露，同时，实现了水体暴露污染物的在线处理，实现无污染排放。本发明系统结构新颖，设计合理，全自动控制，实用性强。下面结合附图及实施例对本发明做进一步地说明。
图1是本发明系统的结构示意图2是本发明的水体预处理系统的效果分析图； 图3是本发明的在线混勻系统的效果分析图； 图4是本发明的在线温控系统的效果分析图； 图5是本发明的在线污染水体处理系统的效果分析图。附面说明
1动态暴露区域，2在线光照调节系统，3在线污染水体处理系统，4清水池，5在线温控系统，6水流驱动系统，7溢流管，8水体预处理系统，9自动开关控制系统，10过滤网，11换气口，12曝气系统，13电源，14在线化学物质储备系统，15恒流控制泵，16分水口转子流量计，17在线混勻系统，18支架，19入水口，20排水口，21上水管路，22溢流口。
具体实施例方式参见图1，本发明系统它包括在线水流系统、水体预处理系统8、在线化学物质储备系统14、在线混勻系统17、在线污染水体处理系统3、在线温控系统5和在线光照调节系统2 ；
在线水流系统包括一个支架18，在支架18的上方设置多个动态暴露区域1 (如玻璃养殖缸，养殖缸大小根据受试生物确定)，支架18的下方设有清水池4，清水池4与动态暴露区域1之间通过上水管路21连通，在清水池4内设有曝气系统12和水流驱动系统6 ；在每个动态暴露区域1内都设有溢流管7，溢流管7的底部设有过滤网10，过滤网10的大小由受试生物决定，材料可为尼龙，溢流管7的顶部设有换气口 11和溢流口 22，溢流管7的一端设在动态暴露区域1内的水体中，另一端通过管路与在线污染水体处理系统3相通；
在线污染水体处理系统3设在动态暴露区域1的下方，其上设有排水口 20。在线污染水体处理系统中可以采用砂滤、活性炭滤、以及反渗透膜处理，保证出水达到城市污水处理的出水要求；
水体预处理系统8与在线水流系统的清水池4通过管路连通，在水体预处理系统8上设有入水口 19。水体预处理系统主要针对外接自来水水体内余氯含量，通过在线传感器监测水体余氯含量，并可以在线投加硫代硫酸钠，实现水体内余氯的在线去除；
当动态暴露区域1为多个时，应当在上水管路21上设有水体分散流量控制装置，例如图1所示的分水口转子流量计16 ；
在线化学物质储备系统14和在线混勻系统17都设在上水管路21与动态暴露区域1 之间，其中，在线混勻系统17设在分水口转子流量计16处，在线化学物质储备系统14通过管路与在线混勻系统17连通，在线化学物质储备系统14与在线混勻系统17之间还可以设置恒流控制装置，如恒流控制泵15。在线温控系统5安装在在线水流系统的清水池4内，如自动控温水体加热玻璃棒等，根据水温控制需要，实现水体温度控制；
在线光照调节系统2 (如荧光灯)对应安装在每个动态暴露区域1处，在线光照调节系统2上还设有自动开关控制系统9。水流驱动系统6、曝气装置12、在线温控系统5、以及在线光照调节系统2和自动开关控制系统9通过线路分别与电源13连接。工作原理
供应水体通过入水口 19，经过水体预处理系统8处理以后，进入清水池4，并通过曝气系统12实现连续曝气后，由水流驱动系统6实现供水。通过电源13控制水流驱动系统6， 并通过上水管路21，结合各动态暴露区域1的要求，通过分水口转子流量计16给各动态暴露区域1分别等量供水。水体在线化学物质储备系统14通过恒流控制泵15后，通过在线混勻器17实现污染物与水体的在线混勻。水体污染物浓度根据实验需要，由恒流控制泵15 和分水口转子流量计16控制。一定浓度的暴露溶液经过动态暴露区域1以后，会通过由过滤网10、换气口 11和溢流口 22组成的溢流系统流出动态暴露区域1，经过溢流管7，结合通过支架18实现的落差，达到在动态暴露区域1的流入和流出。其中，过滤网10为防止实验生物逃离动态暴露区域1的装置，换气口 11能保证水体溢流顺畅。溢流出动态暴露区域1的污染水体需经过在线污染水体处理系统3，实现污染水体的净化处理，然后经由排水口 20排入下水管道。水体在清水池4内，需经过在线温控系统5，实现水体加热，并结合生物暴露对水温的要求，在暴露过程中保持温度一致。在线光照调节系统2主要结合电源控制的自动开关控制系统9，实现不同光照周期和不同光照强度的调节。在线光照调节系统应该根据实验生物的要求进行设置，例如，光照强度一般维持在3000LUX，光照周期一般为明暗=16小时8小时。
图2至图5是对本发明中各系统进行的实验效果分析，其中
图2是对水体预处理系统的效果分析进入系统内的水体余氯在进水口处为0. 35mg/ L，经过在线水体与处理系统后，水体内余氯逐渐降低至0.01 mg/L，并一直维持稳定。已有的标准，水体余氯对生物(敏感生物大型蚤)的最高无效应计量(NOEC)SO. 16 mg/L，而0.01 mg/L远远低于0. 16 mg/L，基本不会对受试生物产生明显毒性效应。图3是对在线混勻系统的效果分析在线化学物质储备系统内对硫磷浓度为 10mg/L,控制流速lml/min，清水流速lOOml/min，混勻以后，经过氮磷检测器浓度测定，动态暴露区域内对硫磷浓度为0. lmg/L，并且浓度稳定，在一定时间内保持在0. lmg/L。图4是对在线温控系统的效果分析进水水体温度为8°C，为满足受试生物水温需求，需要将水温升高至20°C。经过在线温控系统后，20°C能够连续维持，并始终保持在20°C 左右。说明在线温控系统效果非常好。图5是对在线污染水体处理系统的效果分析溢流水经过在线污染水体处理系统以后，原来为0. lmg/L的有机磷溶液浓度降为0. 01左右，完全达到城镇污水处理要求(城市污水处理厂排放标准GB18918-2002)的对硫磷0. 05mg/L的要求。
权利要求
1.一种实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，其特征是，它包括在线水流系统、水体预处理系统(8)、在线化学物质储备系统(14)、在线混勻系统(17)、在线污染水体处理系统(3)、在线温控系统(5)和在线光照调节系统(2)，其中，在线水流系统包括支架(18)，在支架(18)的上方设有N个动态暴露区域(1 )，N > 1， 支架(18)的下方设有清水池(4)，清水池(4)与动态暴露区域(1)之间通过上水管路(21) 连通，在动态暴露区域(1)内设有溢流管(7 )，溢流管(7 )的顶部设有换气口( 11)和溢流口 (22)，溢流管(7)的一端设在动态暴露区域(1)内的水体中，另一端通过管路与在线污染水体处理系统(3)相通；水体预处理系统(8)通过管路与在线水流系统的清水池(4)连通；在线化学物质储备系统(14)和在线混勻系统(17 )设在上水管路(21)与动态暴露区域 (1)之间，在线混勻系统(17)的两端通过管路分别与上水管路(21)和动态暴露区域(1)连通，在线化学物质储备系统(14)通过管路与在线混勻系统(17)连通；在线污染水体处理系统(3)设在动态暴露区域(1)的下方，通过管路与在线水流系统的溢流管(7)连通，在线污染水体处理系统(3)上设有排水口(20)；在线温控系统(5)设在在线水流系统的清水池(4)内；在线光照调节系统(2)设在动态暴露区域(1)处，在线光照调节系统(2)上设有自动开关控制系统(9)。
2.根据权利要求1所述的实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，其特征是，在上水管路(21)上设有水体分散流量控制装置，水体分散流量控制装置设在上水管路(21)与在线混勻系统(17)之间。
3.根据权利要求1所述的实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，其特征是，在线化学物质储备系统(14)与在线混勻系统(17)之间设有恒流控制装置。
4.根据权利要求1所述的实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，其特征是，在溢流管(7)设在动态暴露区域(1)内的一端处设有过滤网(10)。
5.根据权利要求1所述的实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，其特征是，在清水池(4)内设有曝气系统(12)。
全文摘要
本发明公开了一种实验室在线自动动态暴露与水体处理系统，特点是，它包括在线水流系统、水体预处理系统、在线化学物质储备系统、在线混匀系统、在线污染水体处理系统、在线温控系统和在线光照调节系统等，本发明结合实验室内水体污染物毒性生物测试的需要，开发了一套实验室在线自动动态暴露系统实现了水体毒性效应的生物测试，结合自动在线温控系统、自动光照调节系统，实现理想的实验室动态暴露，同时，实现了水体暴露污染物的在线处理，实现无污染排放，本发明系统结构新颖，设计合理，全自动控制，实用性强。
文档编号G01N1/44GK102495188SQ201110408149
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者任宗明, 张高生, 陈琳琳, 陈静 申请人:中国科学院烟台海岸带研究所