一种基于筛网堵塞检测的水体微塑料自适应长期监测方法

本发明涉及微塑料监测，具体地指一种基于筛网堵塞检测的水体微塑料自适应长期监测方法。

背景技术：

1、微塑料是指尺寸小于5毫米大于1微米的塑料，作为一种新型污染物，其不仅难以回收处理，还会产生十分复杂的生态环境影响。首先，微塑料很容易被水生生物误食，使该生物产生伪饱腹感，导致其生物能量匮乏，进而影响其生长、生存。其次，微塑料不仅能够进入消化系统，甚至可以穿过消化道壁进入肝脏和循环系统，在长期滞留体内的同时，对生物体的摄食、繁殖、内分泌等一系列行为造成影响。此外，微塑料中的添加剂具有毒性，能够在一定条件下释放，并使微塑料成为一个潜在的持久性有机污染源。最后，其他污染物容易吸附于微塑料表层，在微塑料进行长距离迁移时，被吸附的污染物也会随之迁移，成为沿途区域的潜在污染源。

2、与本发明接近的现有技术往往关注于一般水体的微塑料取样与测定方法，其主要包含水样采集、筛网过滤、有机质消解、过滤成膜、观测鉴定五个步骤。水样采集往往针对一般河流、湖泊的表层水体，使用不锈钢桶或水泵，采集20升及以上的水样。筛网过滤则使用一定孔径的不锈钢筛网过滤采集的水样，之后将其导入玻璃瓶中带入实验室。进入实验室后的水样会被加入弱氧化剂（如过氧化氢）或强碱（如氢氧化钾），以消解其中的有机质。消解完有机质后，水样会通过过滤器进行过滤，过滤后得到滤膜。最后，使用显微镜对滤膜进行观察，记录观察到的微塑料，并使用显微拉曼光谱仪或傅里叶红外光谱仪等对其进行鉴定，得到水体微塑料丰度、形态、尺寸组成等数据。

3、然而，与本发明接近的现有技术并不适用于针对高含沙量河流的长期采样方案。在实际采样时，为了最大限度的提高样本准确性，现有技术会使用较细的筛网。在针对高含沙量河流的长期采样中，这种筛网往往容易被细沙堵塞，进而导致采样效率下降，影响检测结果可信度，甚至使采样筛网报废。例如，在金沙江干流，专利cn111307526a中使用的20微米筛网，在使用5次左右时便会发生少量堵塞，在使用20次左右时会被完全堵塞。此外，筛网孔径对检测结果的影响高达105（个每立方米），因此使用较粗的筛网会严重影响检测结果可信度，且无法与其它孔径筛网的检测结果对比，可能导致对水体微塑料污染现状的误判。例如，专利cn112525595a、cn110763518a与cn111307526a共使用了2000、1000、500、300、150、20微米至少6种孔径的筛网。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于筛网堵塞检测的水体微塑料自适应长期监测方法，以解决背景技术中提出的问题。

2、本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种基于筛网堵塞检测的水体微塑料自适应长期监测方法，它包括如下步骤：

3、s1：通过监测数据库构建拟合方程，并确定适用区间：使用不同尺寸筛网采样、检测并建立“微塑料丰度-筛网尺寸”初始数据库，之后根据该数据库构建“微塑料丰度-筛网尺寸”方程，并确定适用区间；

4、s2：判断筛网堵塞情况，并确定是否更换新筛网：通过对比超纯水通过新、旧筛网的流速，判断旧筛网是否能够继续使用，以及是否应更换新筛网；

5、s3：优选采样策略，并自适应更新数据库：根据河流含沙量、适用区间，优选每次长期监测的采样策略，并更新数据库、方程和适用区间。

6、优选地，所述步骤s1具体为：连续5天在7个主、副采样点使用5种尺寸筛网采样、检测并建立“微塑料丰度-筛网尺寸”初始数据库，之后根据该数据库构建“微塑料丰度-筛网尺寸”方程，并确定适用区间；其中5种尺寸筛网分别为20、50、100、200、350微米的不锈钢筛网。

7、优选地，所述步骤s2具体为：通过对比超纯水通过新、旧20微米筛网的流速，判断旧筛网是否能够继续使用，以及是否应更换新筛网。

8、优选地，所述步骤s3具体为：通过河流含沙量和拟合方程的适用区间选取最优水体微塑料采样策略，根据策略得到监测结果，自适应更新“微塑料丰度-筛网尺寸”数据库、重构“微塑料丰度-筛网尺寸”方程及其适用区间。

9、优选地，步骤s1具体包括如下步骤：

10、步骤1.1：取样点设置：在一个长期取样点上、下游每间隔一定距离设置分取样点；

11、步骤1.2：取样：在每个取样点连续取样一段时间，每天使用取样泵取水样多次；

12、步骤1.3：过滤：对于同一个取样点，五次取水样分别使用20、50、100、200、350微米的不锈钢筛网进行过滤，并将筛网上面的残留物质富集至蓝口玻璃瓶中；

13、步骤1.4：消解：对于步骤1.3中收集的样品，将其完全倒入到玻璃烧杯中,并加入二价铁溶液和双氧水后用铝箔纸将烧杯口盖住，之后将其在烘箱中高温处理一段时间，以消解水样中有机质；

14、步骤1.5：真空抽滤：将步骤1.4处理后的混合液静置、取上清液、稀释，最终通过0.45 μm的过滤器进行过滤，将滤纸保存待测；

15、步骤1.6：观察记录，待步骤1.5得到的滤纸风干后，使用体视显微镜进行观察，并统计所有微塑料的个数，计算得到微塑料丰度，单位为“个每立方米”；

16、步骤1.7：生成数据库，将步骤1.6得到的微塑料丰度检测结果作为因变量（y）,其对应的筛网孔径作为自变量（x），将其存入数据库d0；

17、步骤1.8：构建拟合方程，使用非线性拟合方法与数据库d0中的两个变量，拟合“微塑料丰度-筛网孔径”方程，拟合公式为y=mpi*xad，其中mpi与ad为拟合参数，记录参数ad；

18、步骤1.9：构建适用区间，使用数据库d0中的因变量（y），计算其标准差σ，将检测结果（yi）的适用区间设置为[yi- σ, yi+ σ]。

19、优选地，步骤s2具体包括如下步骤：

20、步骤2.1：制备超纯水；

21、步骤2.2：检测新筛网流速，取超纯水1.5升，使其通过一个全新的20微米不锈钢筛网，得到全部超纯水排空所需时间t0，并计算流速s0；

22、步骤2.3：检测旧筛网流速，使用旧的20微米不锈钢筛网再次执行步骤2.2，得到流速s1；

23、步骤2.4：对比决策，判断流速s1是否在区间[s0*0.8,s0*1.2]内；若在，则继续使用旧筛网，不再执行步骤2.5、2.6；若不在，则判断对比决策前是否冲洗过旧筛网，若未冲洗则执行步骤2.5，若已冲洗则执行步骤2.6；

24、步骤2.5：冲洗旧筛网，取超纯水2.5升，加压冲洗旧筛网的两面，晾干后，重新执行步骤2.3、2.4；

25、步骤2.6：更换筛网，将旧筛网替换为步骤2.2中的新筛网。

26、优选地，步骤s3具体包括如下步骤：

27、步骤3.1：检测河流含沙量，长期监测开始后，在长期采样点处水面下0.1-1.0米处，每隔一段时间检测一次河流含沙量；

28、步骤3.2：优选采样策略，执行每次长期监测时，判断河流含沙量是否超过了1kg/m3，如果没有，则执行步骤3.3，如果超过了，则执行步骤3.8；

29、步骤3.3：20微米筛网采样检测，在长期采样点处，使用20微米不锈钢筛网进行微塑料采样，并对该样品进行过滤、消解、真空抽滤与观察记录，此检测结果即为本次长期监测的水体微塑料结果；

30、步骤3.4：预测50-350微米筛网结果，将步骤3.3得到的检测结果作为因变量（y20），20微米作为自变量（x）,并使用拟合方程的参数ad，计算参数mpi；之后，将自变量（x）分别设置为50、100、200、350微米，计算公式因变量（y50、y100、y200、y350）；

31、步骤3.5：适用区间判定，根据拟合方程的适用区间（[yi- σ, yi+ σ]），计算y50、y100、y200、y350的四个适用区间，判断监测数据库内的四个适用区间中是否均包含10条及以上数据；若均包含，则记录步骤3.3得到的检测结果，不再执行后续步骤；否则，执行步骤3.6；

32、步骤3.6：数据库更新，将步骤3.3得到的检测结果（y20）与步骤3.4预测的四个结果（y50、y100、y200、y350）及其筛网孔径录入监测数据库；

33、步骤3.7：重新构建拟合方程与适用区间，根据监测数据库重新构建拟合方程与适用区间，之后记录步骤3.3得到的检测结果，不再执行后续步骤；

34、步骤3.8：50-350微米筛网采样检测，使用50、100、200、350微米不锈钢筛网分别在长期采样点处取水样，并对四个样品分别进行过滤、消解、真空抽滤与观察记录，此四个水样的检测结果记为y50、y100、y200、y350；

35、步骤3.9：适用区间判定，计算y50、y100、y200与y350的四个适用区间（[yi- σ, yi+σ]），判断监测数据库内的四个适用区间中是否均包含10条及以上数据；若均包含，则执行步骤3.10；否则，执行步骤3.11；

36、步骤3.10：预测20微米筛网结果，将y50、y100、y200与y350作为因变量，50、100、200、350微米作为自变量（x50、x100、x200与x350）,并使用拟合方程的参数ad，计算参数mpi50、mpi100、mpi200与mpi350，平均得到mpi；之后，将自变量（x）设置为20微米，基于参数mpi和ad，计算公式因变量（y20）；y20即为本次长期监测的水体微塑料结果，记录该结果，不再执行后续步骤；

37、步骤3.11：数据库更新，使用20微米筛网检测水体微塑料丰度（y20），将y20与y50、y100、y200与y350及其对应的筛网孔径录入监测数据库，并重新构建拟合方程与适用区间，最后将y20作为本次长期监测的水体微塑料结果，记录该结果。

38、本发明的有益效果：

39、1.针对高含沙量河流中20微米筛网采集微塑料样品效率下降的问题，本发明构建的筛网堵塞检测系统通过对比超纯水通过筛网的流速，能够实时检测筛网被细沙堵塞的程度、及时处理采样效率不足的旧筛网，通过优选采样策略，能够延长检测筛网的使用寿命，保证了高含沙量河流中微塑料样品的采集效率。

40、2.针对高含沙量河流中20微米筛网寿命短、易报废的问题，本发明通过监测河流含沙量，选取最优水体微塑料采样策略，能够在保证检测结果可信度的同时，延长20微米筛网寿命。

41、3.针对较粗的筛网对检测结果可信度的严重影响，本发明构建的监测数据库构建系统能够在该数据库基础上建立“微塑料丰度-筛网尺寸”方程及其适用区间，且会在长期监测过程中自适应更新数据库、方程及其适用区间，在使用较粗筛网的采样策略中，能够较大的消除筛网孔径对检测结果的影响。