一種污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，公開了一種污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置，具體涉及一種魚類急性毒性在線監(jiān)測分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)尤其是化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，有毒危險品在生產(chǎn)、儲存、運輸過程中不時突發(fā)環(huán)境污染事故進入水體，給人類賴以生存的水生生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重的破壞。為了保障水體尤其是飲用水源地的安全，快速應對各種突發(fā)水體污染事故，開發(fā)快速、準確評估各類污染物毒性的技術(shù)顯得尤為迫切和重要。
[0003]經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，各種理化分析手段的靈敏度越來越高，能夠較為準確地通過劑量效應關(guān)系評估污染物對生物的影響。但此類方法具有以下幾種局限和不足:(1)我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的化學品多達4-8萬種，這些物質(zhì)都有污染水體的可能性，而常規(guī)監(jiān)測中涉及指標非常有限，不可能對各污染物逐一監(jiān)測和鑒定；⑵大多關(guān)注單一污染物對水體生物的毒性影響，事實上水體并非單一體系，而是各類污染物協(xié)同、拮抗、疊加等的綜合結(jié)果；⑶評價標準缺乏科學性，即使各項理化指標都達標也未必能說明水體絕對健康。
[0004]事實上，毒性是一個復雜的生物現(xiàn)象，只有生物測試可以判斷污染物對生物有害還是無害，分辨混合污染物表現(xiàn)協(xié)同還是拮抗作用。因此發(fā)展靈敏、準確的生物毒性監(jiān)測及預警技術(shù)是應對突發(fā)水體污染事故的主要方向。
[0005]目前常見的水生生物毒性在線監(jiān)測主要包括魚類、發(fā)光菌大型潘、藻類等。
[0006]其中魚類對水體污染的反應比人類要敏感得多，當水體中發(fā)生諸如油類、有毒危險品泄露或被人為投毒等突發(fā)事故時，魚類往往出現(xiàn)異?；顒踊蚨虝r間內(nèi)大量死亡，能夠很直觀地說明水質(zhì)突然受到污染。魚類毒性測試方法中，由于斑馬魚基因與人類基因的相似度達到87%，一般選取斑馬魚作為生物監(jiān)測及預警的指示生物。
[0007]同時受監(jiān)測指標簡單、試驗周期長、測試成本高、易受水溫、餌料等外界因素干擾等缺點的影響，魚類毒性測試方法的應用范圍受到一定限制。事實上這些缺點主要與目前我國的生物毒性表征方式有很大關(guān)系。目前我國采用96h或48h半致死濃度(LC50)表征法。其缺點在于，對于水質(zhì)復雜、差異較大的水體(如不同種類農(nóng)藥生產(chǎn)廢水)，LC50濃度差異可能很大，因而很難設(shè)定一個較為合理的濃度限值，對結(jié)果的準確性影響較大。
[0008]而目前美國、德國等發(fā)達國家均采用稀釋倍數(shù)生物毒性表征方式。如美國EPA采用“毒性單位(TU) ”進行表達，急性毒性單位TUa = 100% /LC50。其中LC50用水體稀釋比例來表達，根據(jù)TU值將廢水分為5個等級:等級I (TU < 0.4無毒)，等級II (0.4 ^ TU < 1微毒)，等級III (1彡TU < 10中毒)，等級IV (10彡TU < 100高毒)，等級V (TU彡100劇毒)；根據(jù)生物毒性測試的結(jié)果，基于毒性分級體系，進行環(huán)境水樣的安全性評價.該方法綜合利用了多種生物毒性測試的結(jié)果，可以直觀表征水體對生物毒性的大小，具有操作簡單、測試成本低、結(jié)果直觀靈敏等優(yōu)點，值得推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0010]針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置，該裝置能夠有效提高對水體污染尤其是突發(fā)污染的預警靈敏度，快速應對各種突發(fā)水體污染事故，保障水體尤其是飲用水源地的安全。
[0011]2、技術(shù)方案
[0012]為達此目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0013]一種污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置，由控制單元、支架、進樣單元、培養(yǎng)單元和檢測單元組成；其結(jié)構(gòu)緊湊合理，自動化控制高。
[0014]控制單元包括主控模塊、電源和人機界面，主控模塊通過電纜與人機界面連接，由電源供電；主控模塊包括蠕動栗控制模塊，繼電器、溫度傳感器轉(zhuǎn)換模塊，報警警示、影像處理模塊和PLC或者單片機。
[0015]支架包括框架、支撐板和固定桿，框架內(nèi)安裝固定控制單元，并與支撐板、固定桿固定連接，框架為裝置的腔體結(jié)構(gòu)主框架，設(shè)有多個蠕動栗安裝孔、人機界面安裝孔及穿管孔。
[0016]進樣單元包括蠕動栗、三通閥1、三通閥I1、蒸餾水和水樣，蠕動栗通過電纜與主控模塊連接；進樣單元可設(shè)置多組所述蠕動栗，每組的個數(shù)可根據(jù)不同的水樣混合比例選用一臺或者兩臺。所述一組蠕動栗包括一臺時，其進水端接水樣，且通過控制單元控制蠕動栗的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)蠕動栗取樣至三通閥分配到兩進水接頭至養(yǎng)殖杯。所述一組蠕動栗包括兩臺時，其進水端分別接蒸餾水和水樣，且通過控制單元分別同步控制兩臺蠕動栗的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)兩臺蠕動栗的取樣至三通閥實現(xiàn)混合，然后通過三通閥分配到兩個進水接頭至每個養(yǎng)殖杯。
[0017]培養(yǎng)單元包括溫箱、養(yǎng)殖箱、養(yǎng)殖杯、進水接頭、溢流接頭、固定板、定位板、陶瓷加熱片、連接板、散熱片、溢水槽、出水接頭、閥門、溫控水和溫度傳感器，所述溫箱內(nèi)裝有溫控水并設(shè)有放水閥門，通過固定板固定于框架，底面通過連接板與多個散熱片固定連接且不直接接觸；所述養(yǎng)殖箱安裝于溫箱左腔內(nèi)，且底面部分浸于溫控水內(nèi)；所述養(yǎng)殖杯卡設(shè)在固定板與定位板中間，上下設(shè)有進水接頭和溢流接頭，下面部分浸于溫控水內(nèi)；所述兩養(yǎng)殖杯為一組，每組養(yǎng)殖杯的進水接頭分別連接三通閥II兩端；所述逆流接頭通過軟管連接溢水槽；所述固定板及定位板安裝固定于溫箱右腔內(nèi)，并分別設(shè)有多個養(yǎng)殖杯固定孔；所述陶瓷加熱片通過電纜與主控模塊連接，安裝于溫箱底面與散熱片中間，且上下兩面分別與溫箱底面和散熱片上面直接接觸；所述溢水槽設(shè)有出水接頭；所述溫度傳感器安裝于溫箱內(nèi)腔內(nèi)，且布于溫控水內(nèi)，通過電纜與主控模塊連接；
[0018]培養(yǎng)單元可設(shè)置多組養(yǎng)殖杯，并為各養(yǎng)殖杯設(shè)定不同的水樣與蒸餾水混合比例；其混合比例、進水速度都是通過主控模塊設(shè)定對蠕動栗電機的輸入頻率分別控制蠕動栗的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)；其各蠕動栗通過試驗周期時間設(shè)定可連續(xù)運轉(zhuǎn)，對于連續(xù)進入各養(yǎng)殖杯內(nèi)的水樣，通過逆流接頭內(nèi)孔到逆水槽，再通過出水接頭排到外面，實現(xiàn)養(yǎng)殖杯內(nèi)水質(zhì)循環(huán)；排除了水溫不適宜等可能影響魚類正常生存的因素的干擾。
[0019]檢測單元包括滑塊和攝像機，所述攝像機通過滑塊固定于固定桿；通過電纜與主控模塊連接，由主控模塊的影像處理模塊驅(qū)動控制，且時刻監(jiān)控記錄所有養(yǎng)殖杯內(nèi)斑馬魚的軌跡狀態(tài)，并據(jù)斑馬魚前后瞬間軌跡狀態(tài)的變化做警示反應；該裝置采用自動控制原理，通過多種比例試樣混合的綜合評價，可分別計算每個試樣的TU值，將所有測試的TU值平均數(shù)作為最終TU值，使得檢測結(jié)果更準確。
[0020]在有毒物質(zhì)泄露等突發(fā)污染情況下，如養(yǎng)殖杯中的魚類出現(xiàn)短時間內(nèi)突然劇烈運動或長時間無移動軌跡等異?，F(xiàn)象，則自動觸發(fā)主控模塊報警警示功能，提醒工作人員迅速趕往現(xiàn)場進行應急處理，有效減少了人員長時間現(xiàn)場關(guān)注的工作量。
[0021]本發(fā)明所述裝置培養(yǎng)單元的溫箱由良好的導熱材料制作且具有密封不滲漏的腔體結(jié)構(gòu)；連接板材料由不導熱材料制作；所述散熱片由良好導熱材料制作。
[0022]3、有益效果
[0023]相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]⑴本發(fā)明在采用美國EPA稀釋倍數(shù)生物毒性表征方法的基礎(chǔ)上，排除了水溫不適宜等可能影響魚類正常生存的因素的干擾；溫控方面采用可制冷和加熱的陶瓷加熱片加熱或制冷，通過熱傳遞實現(xiàn)溫控水的溫度增加或升高；在恒溫方面通過浸入溫控水內(nèi)的溫度傳感器實時檢測，反饋到控制系統(tǒng)，與設(shè)置溫度比較，通過控制繼電器的通斷切換實現(xiàn)加熱制冷控制，進而保證溫控水的溫度恒定；
[0025]⑵本發(fā)明裝置采用自動控制原理，通過多種比例試樣混合的綜合評價，可分別計算每個試樣的TU值，將所有測試的TU值平均數(shù)作為最終TU值，使得檢測結(jié)果更準確；
[0026]⑶本發(fā)明裝置控制模塊采用PLC控制，通過人機界面設(shè)置條件可以實現(xiàn)所有動作的自動連續(xù)運行；同時采用在線性軌跡跟蹤分析成像技術(shù)對各養(yǎng)殖杯中的魚類進行實時監(jiān)測，當出現(xiàn)魚類死亡等緊急情況時進行報警提示，有效減少了人員長時間現(xiàn)場關(guān)注的工作量;
[0027]⑷本發(fā)明布局方面采用養(yǎng)殖箱與試驗區(qū)結(jié)合。整體結(jié)構(gòu)布局緊湊，可在固定站或者移動檢測設(shè)備等多種環(huán)境下使用；
[0028](5)本發(fā)明進樣水循環(huán)方面:所有驅(qū)動采用步進電機加蠕動栗進樣，使得控制簡單，速度調(diào)整方便。設(shè)置兩個或多個養(yǎng)殖杯為一組作為水樣對照組，尤其可設(shè)置多組且每組通過調(diào)整進樣蠕動栗的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)不同混合比例水樣，通過多組分析取得平均TU值，使得檢測結(jié)果更佳準確。尤其在通過蠕動栗的不間斷注水，在養(yǎng)殖杯通過逆流孔的排出，使得養(yǎng)殖杯內(nèi)能夠完全實時反映水質(zhì)環(huán)境。尤其在管路上采用四氟材料管件，耐酸堿，基本適用于各類水質(zhì)環(huán)境。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為本發(fā)明污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置的剖視圖。
[0031]圖3為本發(fā)明污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置培養(yǎng)單元的剖視圖。
[0032]圖中，1、控制單元；1.1、主控模塊；1.2、電源；1.3、人機界面；2、支架；2.1、框架；
2.2、支撐板；2.3、固定桿；3、進樣單元；3.1、蠕動栗；3.2、三通閥I ;3.3、三通閥II ;3.4、蒸餾水;3.5、水樣;4、培養(yǎng)單元;4.1、溫箱;4.2、養(yǎng)殖箱;4.3、養(yǎng)殖杯;4.4、進水接頭;4.5、溢流接頭;4.6、固定板;4.7、定位板;4.8、陶瓷加熱片;4.9、連接板;4.10、散熱片;4.11、溢水槽;4.12、出水接頭;4.13、閥門;4.14、溫控水;4.15、溫度傳感器；5、檢測單元;5.1、 滑塊；5.2、攝像機。
【具體實施方式】
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[0033]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下:
[0034]實施例:
[0035]一種污水生物毒性在線監(jiān)測預警裝置由控制單元1、支架2、進樣單元3、培養(yǎng)單元4和檢測單元5組成。
[0036]控制單元1由主控模塊1.1、電源1.2和人機界面1.3組成；其中主控模塊1.1通過電纜與所述人機界面1.3、蠕動栗3.1、陶瓷加熱片4.8、溫度傳感器4.15、攝像機5.2連接；所述主控模塊1.1包括PLC或者單片機、蠕動栗控制模塊、繼電器、溫度傳感器轉(zhuǎn)換模塊、報警警示和影像處理模塊，由電源1.2供電。
[0037]支架2由框架2.1、支撐板2.2和固定桿2.3組成，其中框架2.1為該生物毒性測試裝置的腔體結(jié)構(gòu)主框架，設(shè)有多個蠕動栗安裝孔、人機界面1.3安裝孔及穿管孔；框架2.1內(nèi)安裝固定控制單元1 ;并與支撐板2.2、固定桿