基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置的制作方法

本发明涉及环境水质监测技术领域，具体地，涉及一种基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置。

背景技术：

工业化和城镇化的快速发展产生了大量的工业及生活污废水，废水中含有各种类型污染物，其毒性影响值得关注。

大型溞也称水蚤或搔，俗称红虫或鱼虫，属枝角类(cladocera)，是指节肢动物门、甲壳纲、鳃足亚纲、双甲目、枝角亚目的动物。大型溞作为环境污染监测的一种模式生物具有重大的科研利用价值，在农药、化学品的急慢性毒性和环境激素效应的测试方面具有重要的作用。

目前现有技术中均已形成单元化的大型溞毒理测试标准。为了保证实验的科学性、有效性和实验结果的可比性，这些方法大多要求确认受试物质在整个测试周期的测试体系中能否保持相对稳定。若受试物质相对稳定，毒性暴露实验在整个测试周期内不更新溶液开展即可；否则须采用定期更新溶液的实验方法。由于最大溶液更新频率一般只能达到24h，对于易水解、易挥发、易光解等的不稳定受试物质，若其降解半衰期小于24h，则必须借助其它方式。这种不稳定的受试物质属于“测试困难物质”，占工业化学物质和农药中间体的相当一部分，是水生态毒性测试的主要难题和影响测试准确性的重要因素。

此外，繁殖、发育等慢性毒性以及环境内分泌干扰性的致毒周期一般较长，须涵盖生物大部分生命周期或全生命周期。为了降低因受试物质降解或逸散对测试带来的偏差，研究化学物质慢性毒性、环境内分泌干扰性的水生态毒性测试也必须确保受试溶液在较长毒性测试周期内以较稳定的浓度对受试生物进行暴露。

由于上述诸多复杂、精细、特殊的技术要求，目前市场上尚未出现符合要求的设备或装置，现有的实验方法不仅效率低，而且难以应对不稳定性“困难物质”的测试需求和化学物质慢性毒性、环境内分泌干扰性的水生态毒性长期研究需求。这对化学物质测试和科学研究带来较大困难和误差。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置。本发明的装置结构简单，设计合理，能够准确模拟基于大型溞毒性的水体环境因子监测，为实验研究提供可靠的依据。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置，包括：大型溞培养容器、环境培养液调配单元、环境培养液储存配单元、环境培养液供应配送单元、废液处理单元；所述大型溞培养容器、环境培养液调配单元、环境培养液储存配单元和环境培养液供应配送单元之间分别通过环境培养液供应配送单元相连，所述大型溞培养容器与废液处理单元相连；

所述大型溞培养容器包括进水管、容器主体、照明设备、水体环境因子监测单元、监控单元、水浴装置以及出水管；

容器主体的水体环境中形成实验模拟生态环境，所述实验模拟生态环境包括淤泥、水生植物以及大型溞；容器主体内设置阻隔装置，阻隔装置将容器主体分隔成培养区和循环区两个部分，循环区两端分别联通矩形循环通道的两端，矩形循环通道流体的上游端设有水泵，下游端设有收集装置，水泵与收集装置均设置在矩形循环通道内；阻隔装置上设有若干个漏斗结构的通孔，通孔的宽口一端位于培养区一侧，通孔的窄口一端位于矩形循环通道一侧，阻隔装置为透明结构，其在通孔的窄口周围上也设置另外的照明设备。

优选的，所述环境培养液调配单元包括自动配液器、助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置，所述助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置分别置于独立的磁力搅拌器上；

在上述任一方案中优选的是，所述环境培养液储存配单元包括助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置，上述助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置的入口分别与助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置的出口通过管道相连，管道上设有电磁阀；所有暂存装置均为棕色玻璃材质，并设有顶盖，顶盖设孔供蠕动泵的输液管插入。

在上述任一方案中优选的是，所述环境培养液供应配送单元包括液面传感器、自动电磁阀、蠕动泵和plc控制器，通过plc控制器自动阻断水流或联通水流。

在上述任一方案中优选的是，所述废液处理单元包括多层间隔设置的过滤棉层和活性炭过滤层，两者集成于封闭单元中，仅通过进水管与所述大型溞培养容器的出水管相连。

在上述任一方案中优选的是，所述进水管连接所述容器主体，用于将待监测的水引入所述容器主体；所述照明设备设置在所述容器主体上方，用于模拟日光对水体进行光照；所述水体环境因子监测单元设置为用于检测所述水体的水质参数；所述监控单元设置在所述容器主体的上方，用于实时监控大型溞的存活状态；所述出水管与所述容器主体连通，用于排水并保持所述水体的体积基本恒定。

在上述任一方案中优选的是，所述培养区内投放有封闭饲养装置，所述封闭饲养装置包括包裹网格，所述包裹网格内包裹有饲料和浮球，所述封闭饲养装置上设置有固定绳，所述固定绳寄在所述容器主体上方。

在上述任一方案中优选的是，所述大型溞培养容器还包括支撑架以及灯架，所述容器主体设置在所述支撑架上，所述灯架支撑在所述支撑架上，用于固定所述照明设备；所述监控单元固定在所述灯架上，所述水浴装置设置在所述容器主体下方；还包括定时器，用于控制所述照明设备的光照时间。

本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。

本发明的有益效果：

1.本发明模拟出自然受纳水体，实验模拟生态环境中的大型溞通过对污染物毒性敏感响应及毒性物质积累特征来对水体进行长期监测，极大的方便了后续工作人员的研究与分析，最终通过上述方式，能够使达标排放污废水连续进入到实验模拟生态环境的容器主体内，从而实现了达标排放污废水的实时和长期综合生态毒性监测。

2.本发明实现了特定浓度环境培养液的自动配制以及自动更新和补给；实现大型溞与环境培养液的充分接触并完成发育、繁殖等生命过程，同时避免母溞和幼溞的逃逸与机械性损伤。

3.本发明实现了试验废水的过滤、吸附等处理，减少环境危害；实验装置便于试验操作、成本低，易于实验室推广。

附图简要说明

图1是根据本发明的基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置的示意图；

图2是根据本发明的基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置的的大型溞培养容器的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。

实施例1

参见图1-2，一种基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置，包括：大型溞培养容器1、环境培养液调配单元2、环境培养液储存配单元3、环境培养液供应配送单元4、废液处理单元5；所述大型溞培养容器1、环境培养液调配单元2、环境培养液储存配单元3和环境培养液供应配送单元4之间分别通过环境培养液供应配送单元4相连，所述大型溞培养容器1与废液处理单元5相连；

所述大型溞培养容器1包括进水管、容器主体6、照明设备7、水体环境因子监测单元8、监控单元9、水浴装置10以及出水管；

容器主体6的水体环境中形成实验模拟生态环境，所述实验模拟生态环境包括淤泥、水生植物以及大型溞；容器主体6内设置阻隔装置11，阻隔装置将容器主体6分隔成培养区和循环区两个部分，循环区两端分别联通矩形循环通道的两端，矩形循环通道流体的上游端设有水泵，下游端设有收集装置，水泵与收集装置均设置在矩形循环通道内；阻隔装置11上设有若干个漏斗结构的通孔，通孔的宽口一端位于培养区一侧，通孔的窄口一端位于矩形循环通道一侧，阻隔装置11为透明结构，其在通孔的窄口周围上也设置另外的照明设备。

所述环境培养液调配单元2包括自动配液器、助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置，所述助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置分别置于独立的磁力搅拌器上；

所述环境培养液储存配单元3包括助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置，上述助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置的入口分别与助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置的出口通过管道相连，管道上设有电磁阀；所有暂存装置均为棕色玻璃材质，并设有顶盖，顶盖设孔供蠕动泵的输液管插入。

所述环境培养液供应配送单元4包括液面传感器、自动电磁阀、蠕动泵和plc控制器，通过plc控制器自动阻断水流或联通水流。

所述废液处理单元包括多层间隔设置的过滤棉层和活性炭过滤层，两者集成于封闭单元中，仅通过进水管与所述大型溞培养容器1的出水管相连。

所述进水管连接所述容器主体，用于将待监测的水引入所述容器主体6；所述照明设备7设置在所述容器主体6上方，用于模拟日光对水体进行光照；所述水体环境因子监测单元8设置为用于检测所述水体的水质参数；所述监控单元9设置在所述容器主体6的上方，用于实时监控大型溞的存活状态；所述出水管与所述容器主体6连通，用于排水并保持所述水体的体积基本恒定。

所述培养区内投放有封闭饲养装置，所述封闭饲养装置包括包裹网格，所述包裹网格内包裹有饲料和浮球，所述封闭饲养装置上设置有固定绳，所述固定绳寄在所述容器主体6上方。

所述大型溞培养容器1还包括支撑架以及灯架，所述容器主体6设置在所述支撑架上，所述灯架支撑在所述支撑架上，用于固定所述照明设备7；所述监控单元9固定在所述灯架上，所述水浴装置10设置在所述容器主体6下方；还包括定时器，用于控制所述照明设备7的光照时间。

阻隔装置11为透明结构，其在通孔的窄口周围上也设置另外的照明设备，通过固定绳取出封闭饲养装置后，然后打开另外的照明设备使其发光，此时大型溞由于其趋光性，会向阻隔装置11处浮游富集。

实施例2

参见图1-2，一种基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置，包括：大型溞培养容器1、环境培养液调配单元2、环境培养液储存配单元3、环境培养液供应配送单元4、废液处理单元5；所述大型溞培养容器1、环境培养液调配单元2、环境培养液储存配单元3和环境培养液供应配送单元4之间分别通过环境培养液供应配送单元4相连，所述大型溞培养容器1与废液处理单元5相连；

所述大型溞培养容器1包括进水管、容器主体6、照明设备7、水体环境因子监测单元8、监控单元9、水浴装置10以及出水管；

容器主体6的水体环境中形成实验模拟生态环境，所述实验模拟生态环境包括淤泥、水生植物以及大型溞；容器主体6内设置阻隔装置11，阻隔装置将容器主体6分隔成培养区和循环区两个部分，循环区两端分别联通矩形循环通道的两端，矩形循环通道流体的上游端设有水泵，下游端设有收集装置，水泵与收集装置均设置在矩形循环通道内；阻隔装置11上设有若干个漏斗结构的通孔，通孔的宽口一端位于培养区一侧，通孔的窄口一端位于矩形循环通道一侧，阻隔装置11为透明结构，其在通孔的窄口周围上也设置另外的照明设备。

所述环境培养液调配单元2包括自动配液器、助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置，所述助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置分别置于独立的磁力搅拌器上；

所述环境培养液储存配单元3包括助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置，上述助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置的入口分别与助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置的出口通过管道相连，管道上设有电磁阀；所有暂存装置均为棕色玻璃材质，并设有顶盖，顶盖设孔供蠕动泵的输液管插入。

所述环境培养液供应配送单元4包括液面传感器、自动电磁阀、蠕动泵和plc控制器，通过plc控制器自动阻断水流或联通水流。

所述废液处理单元包括多层间隔设置的过滤棉层和活性炭过滤层，两者集成于封闭单元中，仅通过进水管与所述大型溞培养容器1的出水管相连。

所述进水管连接所述容器主体，用于将待监测的水引入所述容器主体6；所述照明设备7设置在所述容器主体6上方，用于模拟日光对水体进行光照；所述水体环境因子监测单元8设置为用于检测所述水体的水质参数；所述监控单元9设置在所述容器主体6的上方，用于实时监控大型溞的存活状态；所述出水管与所述容器主体6连通，用于排水并保持所述水体的体积基本恒定。

所述培养区内投放有封闭饲养装置，所述封闭饲养装置包括包裹网格，所述包裹网格内包裹有饲料和浮球，所述封闭饲养装置上设置有固定绳，所述固定绳寄在所述容器主体6上方。

所述大型溞培养容器1还包括支撑架以及灯架，所述容器主体6设置在所述支撑架上，所述灯架支撑在所述支撑架上，用于固定所述照明设备7；所述监控单元9固定在所述灯架上，所述水浴装置10设置在所述容器主体6下方；还包括定时器，用于控制所述照明设备7的光照时间。

此外，水浴装置10包括支撑架，支撑架上支撑放置一个水浴槽，水浴槽上设有水浴槽进水口、安全溢水口及水浴槽回水口，水浴槽进水口及水浴槽回水口均设有控制阀门。

水浴槽与水箱组成循环回路，水箱内设有至少一根热交换管，热交换管的一端设有热媒进口和/或者冷媒进口，热交换管的另一端对应设有热媒出口和/或者冷媒出口，在热交换管的入口端设有温度控制调节阀，通过温度控制调节阀调节热媒或冷媒流量，饲养系统6通过温度控制调节阀二5切换内循环系统及外循环系统。

恒温水浴槽的水浴槽进水口均与水箱出水口连通，安全溢水口及水浴槽回水口中的水均回流至水箱。水浴槽的入口端或者出口端设有感温探头，感温探头将探测数据传输至远程控制器，远程控制器根据探测数据控制温度控制调节阀。水箱的出水口处设有水泵一，水箱的回水口之间设有水泵二。

水箱上还设有补水口、溢水口、观察维修窗、水位指示管及水箱清洗排水口，水位指示管为设置于水箱外并与水箱底部连通的透明管。水箱、水浴槽及连接的各管道外均裹覆有用于保温的保温材料。水箱内及水浴槽中均分布有至少一个温度探头。

所述水浴装置10可以高效的利用实验室有限的空间，实现集中管理，节约试验成本。通过在水箱中设置的热交换管，及在冷媒进口和热媒进口的入口端设有温度控制调节阀，通过温度控制调节阀切换加温循环系统和降温循环系统。在热交换管的入口端设有温度控制调节阀，使得符合水温要求的水恒量连续流经水浴装置，实现了维持水槽恒定水温的目标，可显著提高能量利用效率，同时有利于水环境因子精确恒定，水温波动幅度小于±0.5℃，盐度变化极小，其它水质指标无明显变化,设施成本较低，维护保养简单。

实施例3

参见图1-2，一种基于大型溞毒性的水体环境因子监测实验装置，包括：大型溞培养容器1、环境培养液调配单元2、环境培养液储存配单元3、环境培养液供应配送单元4、废液处理单元5；所述大型溞培养容器1、环境培养液调配单元2、环境培养液储存配单元3和环境培养液供应配送单元4之间分别通过环境培养液供应配送单元4相连，所述大型溞培养容器1与废液处理单元5相连；

所述大型溞培养容器1包括进水管、容器主体6、照明设备7、水体环境因子监测单元8、监控单元9、水浴装置10以及出水管；

容器主体6的水体环境中形成实验模拟生态环境，所述实验模拟生态环境包括淤泥、水生植物以及大型溞；容器主体6内设置阻隔装置11，阻隔装置将容器主体6分隔成培养区和循环区两个部分，循环区两端分别联通矩形循环通道的两端，矩形循环通道流体的上游端设有水泵，下游端设有收集装置，水泵与收集装置均设置在矩形循环通道内；阻隔装置11上设有若干个漏斗结构的通孔，通孔的宽口一端位于培养区一侧，通孔的窄口一端位于矩形循环通道一侧，阻隔装置11为透明结构，其在通孔的窄口周围上也设置另外的照明设备。

所述环境培养液调配单元2包括自动配液器、助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置，所述助溶剂装置、助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置分别置于独立的磁力搅拌器上；

所述环境培养液储存配单元3包括助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置，上述助溶剂对照暂存装置、环境培养液暂存装置的入口分别与助溶剂对照配制装置、环境培养液配制装置的出口通过管道相连，管道上设有电磁阀；所有暂存装置均为棕色玻璃材质，并设有顶盖，顶盖设孔供蠕动泵的输液管插入。

所述环境培养液供应配送单元4包括液面传感器、自动电磁阀、蠕动泵和plc控制器，通过plc控制器自动阻断水流或联通水流。

所述废液处理单元包括多层间隔设置的过滤棉层和活性炭过滤层，两者集成于封闭单元中，仅通过进水管与所述大型溞培养容器1的出水管相连。

所述进水管连接所述容器主体，用于将待监测的水引入所述容器主体6；所述照明设备7设置在所述容器主体6上方，用于模拟日光对水体进行光照；所述水体环境因子监测单元8设置为用于检测所述水体的水质参数；所述监控单元9设置在所述容器主体6的上方，用于实时监控大型溞的存活状态；所述出水管与所述容器主体6连通，用于排水并保持所述水体的体积基本恒定。

所述培养区内投放有封闭饲养装置，所述封闭饲养装置包括包裹网格，所述包裹网格内包裹有饲料和浮球，所述封闭饲养装置上设置有固定绳，所述固定绳寄在所述容器主体6上方。

所述大型溞培养容器1还包括支撑架以及灯架，所述容器主体6设置在所述支撑架上，所述灯架支撑在所述支撑架上，用于固定所述照明设备7；所述监控单元9固定在所述灯架上，所述水浴装置10设置在所述容器主体6下方；还包括定时器，用于控制所述照明设备7的光照时间。

此外，所述容器主体6的培养区内还可设置母溞和幼溞的分离装置，包括分离筛网、阀门和管路。分离筛网包括从上至下分别与容器主体6的内壁密封卡合设置的上分离筛网和下分离筛网。上分离筛网为1100μm的尼龙筛网，下分离筛网为550μm的尼龙筛网，这2个细度是通过反复实验得出的最佳分离细度，能保证分离的精确度。阀门设置在与出水口连通的管路上。所述分离装置可以做成圆形、四边形等各种不同形状，两个分离筛网通过契合的卡口与所述容器主体6实现密闭。通过控制阀门根据需要逐级将分离缸中的液体放掉，将母溞和幼溞分别快速截留在不同细度的分离筛网上实现分离。

该分离装置采用两个与分离缸卡合密封设置的分离筛网，并选择最佳的细度，从而可以对大型溞母溞和幼溞实现快速、便捷、清洁地分离，便于在实验室或者现场直接使用。

该分离装置结构简单，操作也很方便，适合小规模和实验场合；设计巧妙，易于实施，值得推广。

另外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。

在上述实施例1-3中，启动plc控制器中的plc程序，系统即开始配制环境培养液，环境培养液配制完成后将自动进入环境培养液储存配单元3，然后自动连续泵入大型溞培养容器1中，超出大型溞培养容器1容量的环境培养液不断从出水口排出到废液处理单元，废液处理单元进行过滤、吸附处理后将出水排出。由此完成完整的环境培养液的配制和分配过程。

通过阻隔装置11，矩形循环通道形成闭合的环形通道，通过泵机的泵水作用，使环形通道内的水可以形成按照一定速度的循环流动，便会形成阻隔装置11两侧的水压压差，导致水从漏斗结构的通孔的一侧流到管体一侧，这样便可以将培养区内的大型溞吸入到矩形循环通道并被水流送入收集装置中进行收集。

收集装置具备一定深度方向的长度，这样收集装置的过水面积比较大，水透过去的阻力可以降低，这样不会影响通道内水流循环流动的速度。

漏斗的结构收集大型溞，并通过管体送入到流动通道内，以便后续的水流收集工作，漏斗结构可以导致水流速度在管体内达到最大，防止大型溞贴壁造成收集困难。另外的照明设备的光可以起到引诱大型溞靠近的作用，以便预先在通孔处富集大型溞。

泵机可以采用间歇启动的方式不断驱动流动通道内的水流动，间歇收集大型溞。通过取下收集装置便可以将收集在收集装置内的大型溞转移备用。让后再将培养区内的水排放掉，重新再通过所述环境培养液供应配送单元4向培养区内供应新的环境培养液，然后放入大型溞，再进行检测。

由上述实施例可知，本发明模拟出自然受纳水体，实验模拟生态环境中的大型溞通过对污染物毒性敏感响应及毒性物质积累特征来对水体进行长期监测，极大的方便了后续工作人员的研究与分析，最终通过上述方式，能够使达标排放污废水连续进入到实验模拟生态环境的容器主体内，从而实现了达标排放污废水的实时和长期综合生态毒性监测。

本发明实现了特定浓度环境培养液的自动配制以及自动更新和补给；实现大型溞与环境培养液的充分接触并完成发育、繁殖等生命过程，同时避免母溞和幼溞的逃逸与机械性损伤。

本发明实现了试验废水的过滤、吸附等处理，减少环境危害；实验装置便于试验操作、成本低，易于实验室推广。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。