在線水質(zhì)毒性監(jiān)測儀開發(fā)研究.pdf

1、人類工農(nóng)業(yè)活動(dòng)增加，導(dǎo)致水體污染物的種類及其毒性作用復(fù)雜化，尤其是檢測標(biāo)準(zhǔn)不完善和相應(yīng)生態(tài)毒理數(shù)據(jù)缺乏，使水質(zhì)綜合毒性分析成為必要。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的重要組成部分，是定量確定環(huán)境危害對人類負(fù)效應(yīng)的概率及強(qiáng)度的過程。而有毒化學(xué)品的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)則是指預(yù)測環(huán)境污染物對生態(tài)系統(tǒng)或其中某些部分產(chǎn)生有害影響可能性的過程。在線監(jiān)測技術(shù)正是順應(yīng)這種水質(zhì)評價(jià)需要而逐漸發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，傳統(tǒng)的在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)主要以常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)為主，如溶解氧、C

2、OD、電導(dǎo)率等，這些指標(biāo)雖然能快速反映水體污染情況，但是不能準(zhǔn)確揭示污染物對人體健康危害。目前主流的研究方向是水質(zhì)生物毒性在線監(jiān)測技術(shù)，利用活體生物在水質(zhì)變化或污染時(shí)行為生態(tài)學(xué)的改變，自動(dòng)記錄和分析獲得數(shù)據(jù)，從生物學(xué)角度來分析水質(zhì)變化，利用環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的綜合知識(shí)，采用數(shù)學(xué)，概率論等風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)手段來預(yù)測、分析和評價(jià)有毒物質(zhì)對生態(tài)系統(tǒng)可能造成的傷害，從而有效監(jiān)管水資源質(zhì)量狀況和排污動(dòng)態(tài)。 本課題研究開發(fā)的

3、水質(zhì)在線毒性監(jiān)測儀器，以發(fā)光菌毒性檢測法為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代光電檢測技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)，細(xì)菌冷藏復(fù)蘇技術(shù)，集成為自動(dòng)化程度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)靈敏的一體化系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)水源水、城市污水、自來水廠進(jìn)水的生物毒性在線檢測，實(shí)時(shí)、快速、全面反映水體安全狀況。在線水質(zhì)監(jiān)測儀器的硬件主要包括水樣采集和預(yù)處理套件、微弱光檢測、信號(hào)采集與控制、流動(dòng)分析、生物反應(yīng)器、恒溫配件、工控機(jī)等模塊。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用虛擬儀器LabVIEW組態(tài)化軟件開發(fā)平臺(tái)構(gòu)

4、建了水質(zhì)毒性在線監(jiān)測儀的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采集與處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。 在原理機(jī)的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)研究探索毒性監(jiān)測儀樣機(jī)的相關(guān)運(yùn)行條件和控制方法：根據(jù)發(fā)光菌靜態(tài)培養(yǎng)及其生長動(dòng)力學(xué)的研究，設(shè)計(jì)了發(fā)光菌冷藏復(fù)蘇方案，用于實(shí)現(xiàn)細(xì)菌活性控制的連續(xù)培養(yǎng)模式；開發(fā)各種規(guī)格的預(yù)處理裝置并進(jìn)行實(shí)際水樣模擬試驗(yàn)，確定了針對不同類型水質(zhì)的相應(yīng)前處理方法；對Zn2+、硝基苯、Cu2+、苯酚等毒物進(jìn)行了快速檢測，建立了

5、水質(zhì)毒性在線監(jiān)測儀的工作模式；在湖泊、水庫、河流、污水處理廠等納污水體實(shí)施現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測，優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行性能和實(shí)用功效。 本研究表明，基于原理機(jī)構(gòu)建的在線水質(zhì)毒性監(jiān)測系統(tǒng)，通過系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光細(xì)菌活性控制，保證儀器連續(xù)在線監(jiān)測，并使檢測結(jié)果能達(dá)到較高的準(zhǔn)確度和可信度。特別是把反應(yīng)器-檢測器-反應(yīng)盤管-柱塞泵-多位閥-溫控器集成為一個(gè)檢測組件的設(shè)計(jì)理念，成功實(shí)現(xiàn)了以疊加組合方式構(gòu)成基于多種發(fā)光細(xì)菌作為檢測指示