专利名称：水体重金属现场监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水体监测技术领域，尤其涉及一种水体重金属现场监测系统。
背景技术：
由于人口增加和工农业生产的发展，人类赖以生存的水生态系统日益退化，例如水体重金属污染、水体富营养化等问题，已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康。水体监测包括常规监测和应急监测，对水体水质进行监测能够掌握水质现状及其变化趋势，具有重要的理论和现实意义。现有技术公开了多种水体监测的方法，主要分为化学方法、物理方法和生物学方法，其中，物理方法一般只能作定性描述，必须与化学方法相配合；而化学方法包括化学分析方法和仪器分析方法，化学分析方法以污染物质的化学特性为基础，适用于常量分析，设备简单、准确度高，但操作比较费时；仪器分析方法以污染物质的化学或物理化学特性为基础，使用特定仪器进行分析，如比色分析法、分光光度分析、原子吸收光谱分析等，适于快速分析和微量分析，但设备复杂，而且对于低浓度复合污染水体来说，由于水体中污染物种类多且含量低，化学分析法难以实现对每种污染物进行定量分析，不利于评价水体复合污染的综合毒性。生物学方法是根据生物与环境相适应的原理，通过测定水生生物的变化，间接判断水质的方法，包括指示生物法、群落结构法、生物测试法和残毒测定法等，生物学方法可以用于水体复合污染的综合毒性，但是，生物学方法一般是利用选定的生物模型在已知污染物的种类与浓度等特定实验体系中完成的，与实际水环境污染情况相差较远。由于着生藻类是附着在水体固体界面上生活的藻类，能够准确地反映特定空间与时间上的水质状况，并且由于着生藻类位于水生食物链最前端，对水环境变化的响应更为敏感和快速，目前被广泛用于海洋生物监测中。但是，目前一般以天然或人工选定的固体材料，如石头、载玻片等作为藻类附着生长的载体，这些载体不具有对污染物的选择性富集特征，因此需要较长时间才能形成着生生物种群之间的差异，而且必须与未受污染试验区作对照。进一步的，仅当污染程度超出预定程度时，水污染才会影响着生藻类的生长，在未达到预定程度的情况下，着生藻类的生长不会发生变化，难以判断水体是否存在污染。另外， 多种因素会影响着生藻类的生长模式，如重金属污染、有机物污染等，着生藻类发生变化时也难以现场区分是哪种污染物引起的生物毒性，需要另行进行分析。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供了一种水体重金属现场监测系统，本实用新型提供的水体重金属现场监测系统能够即时监测水体的污染状态并判断是否是受重金属污染。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案一种水体重金属现场监测系统，包括可富集水体内重金属的功能载体层；附着于所述功能载体层上、对重金属具有响应的第一重金属响应层。[0010]优选的，所述功能载体层包括生态基层；复合在所述生态基层表面、可富集水体内重金属的功能层。优选的，所述功能层为冠醚类树脂层、硫脲类树脂层或巯基树脂层。优选的，所述第一重金属响应层为着生藻类层。优选的，还包括与所述功能载体层对照设置的载体层，所述载体层上附着有对重金属具有响应的第二重金属响应层。优选的，所述载体层为生态基层。优选的，所述第二重金属响应层为着生藻类层。优选的，所述功能载体层与所述载体层设置在同一个水平面上。优选的，所述功能载体层与所述载体层叠置。优选的，还包括固定所述功能载体层的载体固定支架。与现有技术相比，本实用新型提供的水体重金属现场监测系统包括可富集水体内重金属的功能载体层；附着于所述功能载体层上、对重金属具有响应的第一重金属响应层。在本实用新型提供的水体重金属现场监测系统中，功能载体层可选择性富集水体内的重金属，区分并放大水体内重金属污染物的影响，使附着于所述功能载体层上的第一重金属响应层对重金属作出快速响应，从而即时监测水体的污染状态并判断是否是受重金属污染。本实用新型提供的水体重金属现场监测系统可选择性富集重金属，因此可对重金属污染物作出快速响应，且无需重金属污染超出预定程度即可快速响应，实现对水体中重金属污染的即时监测，不仅监测速度快，而且具有提前预警的作用。此外，本实用新型提供的水体重金属现场监测系统结构简单、使用方便、分析成本低。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例提供的水体重金属现场监测系统的结构示意图；图2为本实用新型提供的藻类着生与培养装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型提供了一种水体重金属现场监测系统，包括可富集水体内重金属的功能载体层；附着于所述功能载体层上、对重金属具有响应的重金属响应层。参见图1，图1为本实用新型提供的水体重金属现场监测系统的结构示意图，其中，1为功能载体层，2为附着在功能载体层1上的第一重金属响应层。功能载体层1可选择性富集水体内的重金属，从而区分与放大重金属污染的毒性，便于第一重金属响应层2对重金属作出响应。功能载体层1能够从低浓度复合污染水体中选择性富集重金属，又能够作为重金属响应层的载体。在本实施例中，功能载体层1包括载体层和复合在所述载体层表面、可富集水体内重金属的功能层。所述载体层可以为比表面积大、生物相容性好的材料，如Aquamat生态基等，也可以为石头、载玻片等载体。为了达到便于与功能层复合的目的，所述载体层由生态基形成， 即所述载体层为生态基层。所述功能层复合在所述载体层的表面，具有选择性富集水体内重金属的功能。所述功能层可以为对重金属具有富集功能的功能性高分子材料，如冠醚类树脂、硫脲类树脂或巯基树脂等，由此，所述功能层可以为冠醚类树脂层、硫脲类树脂层或巯基树脂层。第一重金属响应层2附着于功能载体层1上，由能够对重金属作出响应的物质形成，如可对重金属生物毒性作出响应的着生藻类、附着动物、发光菌等。为便于对水体中各类重金属的生物毒性进行监测和识别，本实施例中，第一重金属响应层2由着生藻类形成， 即其为着生藻类层。在其他实施例中，第一重金属响应层2可以由发光菌或附着动物形成。着生藻类通过培养着生于功能载体层上，形成包括功能载体层和着生藻类层的水体重金属现场监测系统，该系统适于对低浓度复合污染水体进行监测，原理如下将所述水体重金属现场监测系统固定于待监测水体中，按照待监测水体的实际环境特点，如水流方向、取水口、支流汇入口、排污口等，将3个以上所述水体重金属现场监测系统固定；水体重金属现场监测系统中的功能载体层1能够选择性富集水体中的重金属，从而将重金属污染物对第一重金属响应层2的毒性放大，使第一重金属响应层2快速产生响应，从而监测水体污染状况。当第一重金属响应层为着生藻类层时，功能载体层1中富集的重金属会降低着生藻类层中着生藻类的色素合成，降低其生长速率，甚至使着生藻类死亡， 从而实现即时监测水体的污染状态并判断是否是受重金属污染的目的。在本实用新型提供的水体重金属现场监测系统中，功能载体层可选择性富集水体内的重金属，区分并放大水体内重金属污染物的影响，使附着于所述功能载体层上的第一重金属响应层对重金属作出快速响应，从而即时监测水体的污染状态并判断是否是受重金属污染。本实用新型提供的水体重金属现场监测系统可选择性富集重金属，因此可对重金属污染物作出快速响应，且无需重金属污染超出预定程度即可快速响应，实现对水体中重金属污染的即时监测，不仅监测速度快，而且具有提前预警的作用。此外，本实用新型提供的水体重金属现场监测系统结构简单、使用方便、分析成本低。为了使对水体污染的判断更为准确，所述水体重金属现场监测系统还包括与所述功能载体层对照设置的载体层，所述载体层上附着有对重金属具有响应的第二重金属响应层。载体层与功能载体层1对照设置，其不具有选择性富集水体中重金属的能力，可以为比表面积大、生物相容性好的材料，如Aquamat生态基等，也可以为石头、载玻片等载体。所述载体层可以采取与功能载体层中的载体层相同的材料，如Aquamat生态基。[0040]载体层上附着有对重金属具有响应的第二重金属响应层，为了便于比较判断，第二重金属响应层与第一重金属响应层相同，均为着生藻类层、附着动物层或发光菌层等。载体层及附着于所述载体层上的第二重金属响应层主要是为功能载体层及附着于所述功能载体层上的第一重金属响应层提供参照物，便于判断第一重金属响应层是否对重金属作出了响应，进而判断水体是否遭受污染，是否遭受了重金属污染，其监测原理如下将包含功能载体层、载体层和分别附着于所述功能载体层和载体层上的第一重金属响应层和第二重金属响应层的水体重金属现场监测系统固定于待监测水体中，按照待监测水体的实际环境特点，如水流方向、取水口、支流汇入口、排污口等，将3个以上所述水体重金属现场监测系统固定；水体重金属现场监测系统中的功能载体层1能够选择性富集水体中的重金属，从而将重金属污染物对第一重金属响应层2的毒性放大，使第一重金属响应层2快速产生响应，从而监测水体污染状况。当第一重金属响应层为着生藻类层时，功能载体层1中富集的重金属会降低着生藻类层中着生藻类的色素合成，降低其生长速率，甚至使着生藻类死亡； 载体层不具有选择性富集水体中重金属的能力，因此，当水体中有较低浓度重金属污染时， 第二重金属响应层不会作出响应，当第二重金属响应层为着生藻类层时，该藻类不会发生色度、生长速率等的变化，从而通过对比功能载体层上的着生藻类与载体层上的着生藻类的生物学反应、色度、形貌等因素的变化进行水体是否遭受重金属污染的判断。另外，当功能载体层上着生的着生藻类与载体层上着生的着生藻类同时发生色素变化、生长缓慢或者死亡等情况时，可判断水体遭受了污染，而且不是重金属污染，可根据该信息进一步判断水体遭受了何种污染，从而快速判断污染物的致毒机制。由此可见，本实用新型提供的水体重金属现场监测系统不仅能够监测水体是否遭受污染，而且能够监测水体是否遭受重金属污染，方法简单、操作简便。由于载体层及附着在载体层上的第二重金属响应层的主要作用是对照、参比，本实用新型对所述载体层与所述功能载体层的位置关系没有特殊限制，可以在同一个水平面内平行设置，也可以在同一个竖直面内平行设置，载体层可以位于功能载体层的上方，也可以位于功能载体层的下方，还可以将载体层与功能载体层叠置，即将载体层未附着重金属响应层的一面与功能载体层未附着重金属响应层的一面叠置，形成第一重金属响应层、功能载体层、载体层和第二重金属响应层的结构。在本发明中，载体层及附着在载体层上的第二重金属响应层只要能够实现对照、参比的作用即可。为了使所述水体重金属现场监测系统在水体中更好地发挥监测作用，所述水体重金属现场监测系统还包括固定所述功能载体层的载体固定支架，所述载体固定支架可将功能载体层固定，并使功能载体层保持平直，使之更利于监测。以下结合实施例对本实用新型提供的水体重金属现场监测系统及其应用进行详细说明。实施例1以图2所示的藻类着生与培养装置进行藻类的着生与培养，所述藻类着生与培养装置包括保温箱体；设置于所述保温箱体内部的集水槽；与所述集水槽相连的循环泵；与所述循环泵的出水口相连的培养水槽，所述培养水槽上固定有藻类载体；与所述培养水槽的出水口相连的浮游植物过滤器，所述浮游植物过滤器的出水口与所述集水槽相连；设置在所述保温箱体内的光照控制装置及温度控制装置。参见图2，图2为本实用新型提供的藻类着生与培养装置的结构示意图，其中，1为保温箱体，2为设置在保温箱体1内的集水槽； 3为与集水槽2的出水口相连的循环泵，41为与循环泵3的出水口相连的第一培养水槽，42 为与第一培养水槽41的出水口相连的第二培养水槽，43为与第二培养水槽42的出水口相连的第三培养水槽，5为与第三培养水槽43的出水口相连的浮游植物过滤器，6为设置在保温箱体1内的光照控制装置，7为设置在保温箱体1内的温度控制装置。从待监测水体中的固体界面上收集着生藻类的水溶液作为接种液，所述待监测水体含有以下成分:TN < 7. 75mg/L ；TP < 0. 31mg/L ；TK < 0. 36mg/L ；Mg2+ < 0. 45mg/L ；Ca2+ < 1.48mg/L;Na+< 11.79mg/L;将接种液置于藻类着生与培养装置的集水槽2中，分别以 Aquamat生态基和由Aquamat生态基和复合在所述Aquamat生态基上的硫脲类树脂层组成的功能载体为载体，开启循环泵3进行藻类的着生与培养，培养液配方为总氮< 7. 75mg/ L，总磷< 0. 31mg/L，氮磷比为25 1 ；培养条件为水温为25 30°C;流速为7. 0 15. Om/ min;光照强度为2500-35001UX，光暗比为12 12 ；待载体和功能载体上长满绿色着生藻类时，结束培养，得到水体重金属监测系统。对所述水体重金属监测系统进行观察，着生藻类以丝状藻多、球形颗粒状藻少；着生藻类中，绿藻为优势种，硅藻次之，蓝藻最少；功能载体层上，着生藻类的生长速度约为 1. 15 1. 56g(dr)/m2 · d ；载体层上，着生藻类的生长速度约为1. 00 1. 48g(dr)/m2 · d。实施例2以图2所示的藻类着生与培养装置进行藻类的着生与培养。从待监测水体中的固体界面上收集着生藻类的水溶液作为接种液，所述待监测水体含有以下成分:TN 7. 75-35. 88mg/L ；TP :0. 31-1. 36mg/L ；TK :0. 36-1. 81mg/L ；Mg2+ 0. 45-2. 23mg/L ；Ca2+ :1. 48-7. 41mg/L ；Na+ :11. 79-58. 94mg/L ；将接种液置于藻类着生与培养装置的集水槽2中，分别以Aquamat生态基和由Aquamat生态基和复合在所述Aquamat生态基上的硫脲类树脂层组成的功能载体为载体，开启循环泵3进行藻类的着生与培养，培养液配方为总氮为7. 75-35. 88mg/L,总磷为0. 31-1. 36mg/L，氮磷比25 1 ；培养条件为 水温为25 30°C;流速为4. 0 8. Om/min ；光照强度为2500_;35001ux，光暗比为12 12 ； 待载体和功能载体上长满绿色着生藻类时，结束培养，得到水体重金属监测系统。对所述水体重金属监测系统进行观察，着生藻类以颗粒状藻多、丝状藻少，藻类基本全部覆盖在功能载体及载体上；着生藻类中，蓝藻为优势种，硅藻和绿藻次之；功能载体层上，着生藻类的生长速度约为3. 11 4. 55g(dr)/m2 · d ；载体层上，着生藻类的生长速度约为 2. 80 4. 23g(dr)/m2 · d。实施例3将实施例1得到的水体重金属监测系统固定于待监测水体中进行监测，所述待监测水体含有以下成分:TN < 7. 75mg/L ；TP < 0. 31mg/L ；TK < 0. 36mg/L ；Mg2+ < 0. 45mg/L ； Ca2+ < 1. 48mg/L ；Na+ < 11. 79mg/L，水流速度为7. O 15. Om/min ；2周后进行着生藻类的观察着生藻类以丝状藻多、球形颗粒状藻少；着生藻类中，绿藻为优势种，硅藻次之，蓝藻最少；功能载体层上，着生藻类的生长速度约为1. 15 1. 56g(dr)/m2-d ；载体层上，着生藻类的生长速度约为1. OO 1. 48g(dr)/m2 ·(!。结果表明，功能载体层和载体层上的着生藻类均呈绿色、健壮且色泽光亮，说明功能载体层和载体层上的着生藻类具有共同的变化趋势， 能够作为监测体系进行监测。实施例4将实施例2得到的水体重金属监测系统固定于待监测水体中进行监测，所述待监测水体含有以下成分:TN 7. 75-35. 88mg/L ；TP :0. 31-1. 36mg/L ；TK :0. 36-1. 81mg/L ；Mg2+ 0. 45-2. 23mg/L ；Ca2+ :1. 48-7. 41mg/L ；Na+ :11. 79-58. 94mg/L ；流速为 4· 0 8. Om/min ； 2周后进行着生藻类的观察着生藻类以颗粒状藻多、丝状藻少，藻类基本全部覆盖在功能载体及载体上；着生藻类中，蓝藻为优势种，硅藻和绿藻次之；功能载体层上，着生藻类的生长速度约为3. 11 4. 55g(dr)/m2 · d ；载体层上，着生藻类的生长速度约为2. 80 4. 23g(dr)/m2 · d。结果表明，功能载体层和载体层上的着生藻类均呈绿黄色、健壮、颗粒圆润且色泽光亮，说明功能载体层和载体层上的着生藻类具有共同的变化趋势，能够作为监测体系进行监测。实施例5将实施例1得到的水体重金属监测系统固定于待监测水体中进行监测，所述待监测水体含有以下成分:TN < 7. 75mg/L ；TP < 0. 31mg/L ；TK < 0. 36mg/L ；Mg2+ < 0. 45mg/ L ；Ca2+ < 1. 48mg/L ；Na+ < 11. 79mg/L，柠檬酸0. 22 1. 321mg/L，水流速度为 1 Om/min ；2 周后进行着生藻类的观察着生藻类以丝状藻多、球形颗粒状藻少；着生藻类中，绿藻为优势种，硅藻次之，蓝藻最少；功能载体层上，着生藻类的生长速度约为1. 10 1.60g(dr)/ m2 · d ；载体层上，着生藻类的生长速度约为1. OO 1. 50g(dr)/m2 · d。结果表明，功能载体层和载体层上的着生藻类均呈绿色、健壮且色泽光亮，说明功能载体层和载体层上的着生藻类具有共同的变化趋势，能够作为监测体系进行监测。实施例6将实施例2得到的水体重金属监测系统固定于待监测水体中进行监测，所述待监测水体含有以下成分:TN 7. 75-35. 88mg/L ；TP :0. 31-1. 36mg/L ；TK :0. 36-1. 81mg/L ；Mg2+ 0. 45-2. 23mg/L ；Ca2+ :1. 48-7. 41mg/L ；Na+ :11. 79-58. 94mg/L ；柠檬酸0. 22 1. 32mg/L ； 流速为6m/min ；2周后进行着生藻类的观察着生藻类以颗粒状藻多、丝状藻少，藻类基本全部覆盖在功能载体及载体上；着生藻类中，蓝藻为优势种，硅藻和绿藻次之；功能载体层上，着生藻类的生长速度约为3. OO 4. 50g(dr)/m2 · d ；载体层上，着生藻类的生长速度约为2. 80 4. 2g(dr)/m2 · d。结果表明，功能载体层和载体层上的着生藻类均呈绿黄色、健壮、颗粒圆润且色泽光亮，说明功能载体层和载体层上的着生藻类具有共同的变化趋势，能够作为监测体系进行监测。实施例7将实施例1得到的水体重金属监测系统固定于待监测水体中进行监测，所述待监测水体含有以下成分:TN < 7. 75mg/L ；TP < 0. 31mg/L ；TK < 0. 36mg/L ；Mg2+ < 0. 45mg/L ； Ca2+ < 1. 48mg/L ；Na+ < 11. 79mg/L，柠檬酸:0. 22 1. 321mg/L，不同浓度的 Cu2+，水流速度为lOm/min ；2周后进行着生藻类的观察，结果参见表1，表1为本实用新型提供的水体重金属监测系统对含Cu2+废水的监测结果。表1本实用新型提供的水体重金属监测系统对含Cu2+废水的监测结果
权利要求1.一种水体重金属现场监测系统，包括 可富集水体内重金属的功能载体层；附着于所述功能载体层上、对重金属具有响应的第一重金属响应层。
2.根据权利要求1所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，所述功能载体层包括生态基层；复合在所述生态基层表面、可富集水体内重金属的功能层。
3.根据权利要求2所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，所述功能层为冠醚类树脂层、硫脲类树脂层或巯基树脂层。
4.根据权利要求1所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，所述第一重金属响应层为着生藻类层。
5.根据权利要求1所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，还包括与所述功能载体层对照设置的载体层，所述载体层上附着有对重金属具有响应的第二重金属响应层。
6.根据权利要求5所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，所述载体层为生态基层ο
7.根据权利要求5所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，所述第二重金属响应层为着生藻类层。
8.根据权利要求5 7任意一项所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，所述功能载体层与所述载体层设置在同一个水平面上。
9.根据权利要求5 7任意一项所述的水体重金属现场检测系统，其特征在于，所述功能载体层与所述载体层叠置。
10.根据权利要求5 7任意一项所述的水体重金属现场监测系统，其特征在于，还包括固定所述功能载体层的载体固定支架。
专利摘要本实用新型提供的水体重金属现场监测系统包括可富集水体内重金属的功能载体层；附着于所述功能载体层上、对重金属具有响应的第一重金属响应层。在本实用新型提供的水体重金属现场监测系统中，功能载体层可选择性富集水体内的重金属，区分并放大水体内重金属污染物的影响，使附着于所述功能载体层上的第一重金属响应层对重金属作出快速响应，从而即时监测水体的污染状态并判断是否是受重金属污染。本实用新型提供的水体重金属现场监测系统可选择性富集重金属，因此可对重金属污染物作出快速响应，且无需重金属污染超出预定程度即可快速响应，实现对水体中重金属污染的即时监测，不仅监测速度快，而且具有提前预警的作用。
文档编号G01N33/18GK202177620SQ20112029561
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者刘德启, 刘文娟, 张璐鑫, 洪莉萍, 畅如, 陈业琴 申请人:苏州大学