專利名稱：一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，屬于環(huán) 境監(jiān)測技術領域。
背景技術：
目前，國內外水質突發(fā)變化事件頻發(fā)，包括核污染事故。劇毒農藥和 有毒化學品泄漏、擴散污染事故等，給水環(huán)境造成極大破壞，給人民的生 命和國家財產造成重大損失。國內外針對水質變化的監(jiān)測手段主要分為兩 種 一種是在線理化監(jiān)測， 一種是在線生物監(jiān)測。其中在線理化監(jiān)測根據(jù) 在線儀表進行pH、溫度、溶解氧、濁度、COD、氨氮等水質指標的在線監(jiān) 測；而在線生物監(jiān)測僅僅依靠生物的某一方面變化對水質作出模擬判斷。 國內尚缺乏擁有自主知識產權的基于對水質理化在線分析和結合生物對水 體反應的綜合監(jiān)測手段，實現(xiàn)對水質變化的在線綜合分析。
實現(xiàn)水質突發(fā)變化的在線監(jiān)測，并對水體多種污染物的綜合毒性進行 分析是目前國內外水質在線監(jiān)測研究領域亟待解決的問題。目前國內外普 遍采用的在線理化分析通過定量或定性的分析方法，可以測定部分水體污 染物及其濃度，是水質在線監(jiān)測的主要方法。然而，這類在線的化學監(jiān)測 儀器可以快速分析出的水質參數(shù)十分有限，監(jiān)測結果并不能夠直接反映水 體內含有化學物質的毒性大小，尤其是未知化學物質及其毒性。目前國內 外已經(jīng)引入在線生物監(jiān)測技術進行水質突變的在線監(jiān)測。該技術運用生物 學方法和毒理學方法對環(huán)境污染進行分析評估。在線生物監(jiān)測技術可以分 析水質變化，但是水體的理化指標變化在很大程度上會影響生物指標的反 應，不能很好地反映水質變化。由此可見，雖然水質理化指標在線監(jiān)測不 能實時分析水體綜合毒性的大小，但可以作為在線生物監(jiān)測技術的必要補充。因此，是水質綜合監(jiān)測技術發(fā)展的方向。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是基于上述理論，提供一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測 系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，在水質普通理化指標分析的基礎上，結合生物指標的 變化，針對水質突發(fā)變化，實現(xiàn)對水質的詳細分析。
本發(fā)明的技術方案是 一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，特點是， 它包括水質理化指標分析系統(tǒng)、生物行為指標分析系統(tǒng)及水質狀況分析系 統(tǒng)，水質理化指標分析系統(tǒng)和生物行為指標分析系統(tǒng)處于平行狀態(tài)，都通 過數(shù)據(jù)傳輸線路與水質狀況分析系統(tǒng)連接。
水質理化指標分析系統(tǒng)中包括各種在線理化監(jiān)測儀表，在線理化監(jiān)測 儀表通過數(shù)據(jù)傳輸線路與水質狀況分析系統(tǒng)連接。
生物行為指標分析系統(tǒng)中包括生物行為指標信號采集單元及其對應的 生物行為指標分析單元，生物行為指標信號采集單元通過傳輸元件與生物 行為指標分析單元連接，生物行為指標分析單元通過數(shù)據(jù)傳輸線路與水質 狀況分析系統(tǒng)連接。
上述監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法步驟為
a、 利用水質理化指標分析系統(tǒng)中的在線理化監(jiān)測儀表采集各項水質理 化指標數(shù)據(jù)；
b、 利用生物行為指標分析系統(tǒng)的生物行為指標信號采集單元采集受試 生物的生物行為指標數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)結果通過傳輸元件傳送至生物行為指
標分析單元中分析判斷，獲取水質生物分析數(shù)據(jù)；
c、 將上述水質理化指標數(shù)據(jù)及水質生物分析數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線路傳 送到水質狀況分析系統(tǒng)中，結合兩組數(shù)據(jù)進行綜合分析，實現(xiàn)水質突發(fā)性 變化的綜合毒性分析。
本發(fā)明采用結合水體理化指標分析和生物行為指標分析的手段，實時 實現(xiàn)水質突發(fā)變化的綜合毒性分析，并實現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的交換和整體系統(tǒng)本身的遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了水體未知污染物預警，對于研究 環(huán)境污染，尤其是突發(fā)性、劇烈的事故性變化具有非常重要的指示作用， 與已有技術相比具有十分顯著的特點和實質性進步。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細地解釋說明。


圖1-本發(fā)明綜合監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖； 圖2-不同濁度水體對斑馬魚行為變化影響； 圖3-不同濃度敵百蟲暴露下大型潘行為變化。 附面說明
1水質狀況分析系統(tǒng)，2水質理化指標分析系統(tǒng)，3生物行為指標分析 系統(tǒng)，4數(shù)據(jù)傳輸線路，5在線理化監(jiān)測儀表，6生物行為指標信號采集單 元。
具體實施例方式
參考圖1所示，本發(fā)明水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)包括水質理化指 標分析系統(tǒng)2、生物行為指標分析系統(tǒng)3以及在上述分析系統(tǒng)上實現(xiàn)的水 質狀況分析系統(tǒng)1。水質理化指標分析系統(tǒng)2和生物行為指標分析系統(tǒng)3 分別通過數(shù)據(jù)傳輸線路4與水質狀況分析系統(tǒng)1連接。
根據(jù)上述系統(tǒng)，本發(fā)明涉及到的分析方法和技術主要分為水體的理化 指標分析技術、生物指標分析技術以及水質狀況分析技術三部分
一、理化指標分析技術
本發(fā)明中理化指標分析技術是利用水質理化指標分析系統(tǒng)2中的各種
在線理化監(jiān)測儀表5來監(jiān)測數(shù)據(jù)，并基于預選理化指標變化對生物指標的
效應，實現(xiàn)對水體理化指標變化導致的生物指標變化進行分析。
本發(fā)明中參考的水體理化指標主要為溫度、濁度、溶解氧、pH、氨
氮、電導率、總磷、總氮、COD、余氯和葉綠素等。將上述理化指標在線 結果實時傳送到具有中心處理功能的水質狀況分析系統(tǒng)1，以備水體生物監(jiān)測指標變化參考。
本發(fā)明中涉及到的上述理化指標實時數(shù)據(jù)傳輸通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)預留 接口與上述在線監(jiān)測儀表實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方式包括有線傳輸、無
限網(wǎng)絡傳輸和無線GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)葞追N方式。 二、生物指標分析技術
本發(fā)明中生物指標分析技術是通過生物行為指標分析系統(tǒng)3在線監(jiān)測 受試生物的行為變化指標實現(xiàn)的。
本發(fā)明中涉及到的受試水生生物可以根據(jù)監(jiān)測水體不同分為淡水水生 生物和海水水生生物，也可以根據(jù)生物類別不同分為魚類、枝角類、底棲 動物類等。例如淡水魚類、海水魚類、淡水節(jié)肢動物類、海水節(jié)肢動物
類、淡水底棲動物類、海水底棲動物類等行為表現(xiàn)明顯的水生動物。
本發(fā)明中生物行為指標分析系統(tǒng)3主要由生物行為指標信號采集單元 6及其對應的生物行為指標分析單元組成。
生物行為指標信號采集單元6可以采用多個四極阻抗技術實現(xiàn)的生物 行為傳感器作為監(jiān)測通道，該生物行為傳感器可以由不同絕緣體材料形成 外形，然后在內壁通過電阻體形成不同的信號感受元件，同時結合四極阻 抗原理，實現(xiàn)對行為傳感器內生物行為指標的采集。采集的行為指標通過 傳感器外圍構建的有線傳輸元件和無線傳輸元件，通過有線和無線兩種信 號傳輸方式傳輸?shù)缴镄袨橹笜朔治鰡卧?。生物行為指標分析單元可配?有線信號傳輸接口和無線信號接受元件，實現(xiàn)生物行為指標的傳輸。傳輸 到生物行為指標分析單元的生物行為變化與正常環(huán)境下生物行為變化進行 比較，并結合一定時間段內兩種行為變化差異對被監(jiān)測水體內生物行為進 行分析，并作出判斷正常，異常，或極度異常？
水質生物指標判斷過程中，在其中某幾個通道(生物行為傳感器)應 該通過一定水體處理手段，盡量除掉可能對生物行為指標產生影響的各種 污染物(包括有機污染物和無機污染物)，形成對照通道，并作為水質生物行為指標監(jiān)測的標準參比。
本發(fā)明中生物指標分析技術為了防止水體的沖力導致不同生物行為傳 感器內水流速度的差異對監(jiān)測信號的影響，有時還需要對水體流速進行控 制，保持不同傳感器內水體流速的一致。
三、水質狀況分析技術
本發(fā)明中水質狀況分析技術基于水質狀況分析系統(tǒng)1實現(xiàn)。水質狀況
分析系統(tǒng)1將上述不同方式(包括有線傳輸、無線網(wǎng)絡傳輸和無線GPRS 傳輸)采集的理化指標分析結果和生物行為指標分析結果進行綜合分析， 實現(xiàn)水質狀況的在線分析。，
本發(fā)明中水質狀況綜合分析首先對生物行為指標進行分析。首先，結 合對照通道生物行為指標分析，如果生物行為指標正常，水質分析系統(tǒng)會
直接給出水質狀況安全。其次，結合對照通道生物行為指標分析，如果
生物行為指標異?；驑O度異常，那么需要結合水質理化指標分析結果對當
前水質進行綜合分析第一，如果水質理化指標分析結果中，有一項或多 項指標變化超過水體正常理化指標范圍，或者多項單一指標雖然沒有超過 正常范圍，但多項指標聯(lián)合作用下依然會對生物行為指標產生影響，系統(tǒng) 會給出水質理化指標某一項或多項或多項聯(lián)合異常變化提示；第二，如果 水質理化指標確定無明顯變化，并且通過消除有機物污染的對照通道水質 生物行為指標變化正常，而其它通過消除無機污染物的對照通道水質生物 行為指標變化異常，水質分析系統(tǒng)會給出水體有機物突發(fā)性污染(異?；?極度異常)；第三，如果水質理化指標確定無明顯變化，并且通過消除無機 物污染的對照通道水質生物行為指標變化正常，而其它通過消除有機污染 物的對照通道水質生物行為指標變化異常，水質分析系統(tǒng)會給出水體無機 物突發(fā)性污染(異?；驑O度異常)；第四，如果水質理化指標確定無明顯變 化，并且通過消除污染物的對照通道水質生物行為指標變化異常，水質分 析系統(tǒng)會給出水體綜合污染物突發(fā)性污染(異?；驑O度異常)。.除上述分析系統(tǒng)和技術以外，本發(fā)明可以通過有線、無線等多種數(shù)據(jù) 傳輸方式實現(xiàn)遠程傳輸，借助上述連接方式實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制，并實現(xiàn) 上述理化指標和生物行為指標的同時顯示，以便水體突發(fā)性污染事故爆發(fā) 后，相關職能部門采取有效措施應對水體突發(fā)性污染事故。 實驗例1
參見圖2所示，水體理化指標變化對受試生物行為變化的影響 為了驗證水體不同理化指標對水生生物的行為指標影響，利用濁度為 3NTU， IONTU， 20NTU， 50NTU, 100 NTU的水體用作被監(jiān)測水體，采 用斑馬魚為受試生物。生物傳感器采用圓柱形黑色PVC塑料通過內壁纏繞 銅線圈實現(xiàn)，直徑為50mm，長度為50mm。采用12個平行傳感器，其中 2個為離子交換樹脂過濾，2個為活性碳過濾，其余8個為監(jiān)測體直接通過。 水質變化綜合監(jiān)測采用24小時監(jiān)測周期。單生物傳感器內水體流速為 25mL/min。上述濁度水體獲得方式為將曝氣24小時自來水保持溫度20±2 "C條件下，通過添加天然硅土獲得。 -
實驗開始前，首先對無受試生物的生物傳感器信號歸零，然后開始輪 流通過不同濁度水體，結果如圖2所示，圖中橫坐標表示時間，縱坐標表 示行為強度。
結果表明在監(jiān)測周期內，不同頻率的行為反應具有明顯規(guī)律性，并呈 現(xiàn)變化的一致性。濁度處于3 20NTU之間的水體對斑馬魚的行為變化基 本上不產生影響，但是，當濁度達到50NTU以后，生物行為明顯受到影響， 尤其是到100NTU以后，行為變化更強烈。因此，在水質變化的綜合監(jiān)測 過程中，注意包括濁度在內的理化指標的變化。報警結果顯示水體理化指 標(濁度)超出正常范圍，而未出現(xiàn)水體突發(fā)污染報警。
實驗例2
參見圖3所示，水體敵敵畏污染后對生物行為變化的影響
案例中采用不同濃度敵百蟲進行水體暴露，通過小流量水體流速自動
9控制系統(tǒng)控制通過每個生物傳感器的水體流速為25mL/min。共采用6組傳 感器進行生物行為指標變化實驗，其中2組對照水體通過活性炭過濾獲得， 另外4組直接流入被監(jiān)測水體。暴露過程中，保持水體理化指標符合大型 潘的正常生存條件溫度20士2。C，濁度2NTU，光照3000Lx， pH7.5等。
受試生物大型潘，成體，每個傳感器內5只。
生物傳感器采用圓柱形透明有機玻璃作主體，長度20mm，直徑 15mm，內壁通過纏繞銅絲構成。形成的生物傳感器通過四極阻抗原理采集 大型潘的行為變化。
監(jiān)測結果如圖3所示，圖中橫坐標表示時間，縱坐標表示行為強度。
結果表明，隨著敵百蟲濃度升高，不同頻率的大型搔行為變化程度更 明顯，從O.Olppm的暴露到lppm的暴露，生物行為發(fā)生明顯變化的時間 越來越短，而產生的行為變化程度越來越明顯。在暴露的同一時間，隨著 暴露污染物濃度的升高，大型搔不同頻率行為強度越來越低。這說明大型 潘行為強度變化與暴露污染物和暴露時間具有明顯相關性。在此暴露過程 中，對照組內大型潘行為強度基本保持規(guī)律性的變化，而沒有明顯的行為 強度降低或升高的表現(xiàn)。系統(tǒng)報警水體污染。
10
權利要求
1、一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，包括水質理化指標分析系統(tǒng)(2)、生物行為指標分析系統(tǒng)(3)和水質狀況分析系統(tǒng)(1)，水質理化指標分析系統(tǒng)(2)和生物行為指標分析系統(tǒng)(3)分別通過數(shù)據(jù)傳輸線路(4)與水質狀況分析系統(tǒng)(1)連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 是，所述水質理化指標分析系統(tǒng)(2)中包括在線理化監(jiān)測儀表(5)，在線 理化監(jiān)測儀表(5)通過數(shù)據(jù)傳輸線路(4)與水質狀況分析系統(tǒng)(1)連接。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 是，所述生物行為指標分析系統(tǒng)(3)中包括生物行為指標信號采集單元(6) 及其對應的生物行為指標分析單元，生物行為指標信號采集單元(6)通過 傳輸元件與生物行為指標分析單元連接，生物行為指標分析單元通過數(shù)據(jù) 傳輸線路(4)與水質狀況分析系統(tǒng)(1)連接。
4、 根據(jù)權利要求3所述的一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 是，所述生物行為指標信號采集單元(6)為生物行為傳感器。
5、 一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其步驟為-a、 使用水質理化指標分析系統(tǒng)中的在線理化監(jiān)測儀表采集各項水質理 化指標數(shù)據(jù)；b、 使用生物行為指標分析系統(tǒng)的生物行為指標信號采集單元采集受試 生物的生物行為指標數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)結果通過傳輸元件傳送至生物行為指 標分析單元中分析判斷，獲取水質生物分析數(shù)據(jù)；c、 將上述水質理化指標數(shù)據(jù)及水質生物分析數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線路傳 送到水質狀況分析系統(tǒng)中，結合兩組數(shù)據(jù)進行綜合分析，實現(xiàn)水質突發(fā)性變化的綜合毒性分析。
6、 根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測方法，其特征是，所述b步驟中的受試 生物根據(jù)監(jiān)測水體不同分為淡水水生生物和海水水生生物。
7、 根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測方法，其特征是，在b步驟的判斷過程 中，通過一定水體處理手段，除掉可能對生物行為指標產生影響的各種污 染物，形成對照通道，作為水質生物行為指標監(jiān)測的標準參比。
8、 根據(jù)權利要求7所述的監(jiān)測方法，其特征是，所述各種污染物包括 有機污染物和無機污染物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水質突發(fā)變化的綜合監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，該監(jiān)測系統(tǒng)包括水質理化指標分析系統(tǒng)、生物行為指標分析系統(tǒng)以及在上述分析系統(tǒng)上實現(xiàn)的水質狀況分析系統(tǒng)，其中，水質理化指標分析系統(tǒng)和生物行為指標分析系統(tǒng)處于平行狀態(tài)，獲得結果都作為水質狀況分析系統(tǒng)進行水質綜合分析的基礎，本發(fā)明結合水質理化指標分析技術，通過對生物指標變化的分析，實現(xiàn)水質變化的綜合毒性分析，并實現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的交換和整體系統(tǒng)本身的遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了水體未知污染物預警，對于研究環(huán)境污染，尤其是突發(fā)性、劇烈的事故性變化具有非常重要的指示作用。
文檔編號G01N33/00GK101424679SQ20081015906
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權日2008年11月25日
發(fā)明者翟興梅, 邵澤舫 申請人:煙臺迪特商貿有限公司