CN102207485A - 一种废水在线生物监测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废水在线生物监测方法和装置，属于废水在线监测领域。本发明装置由循环泵（3）、储液室（2）、流通室（1）、感应电极（4）和万用表（5）组成，循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露。流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对作为电信号输入端，另一对电极与万用表相连组成电信号输出端。受试生物大型蚤游动将影响流通室内电场的分布，具体表现为输出电流或电压的变化。本发明可以直观反映所排放水质是否安全；同时将会给环保监测部门污染事故监测、纠纷仲裁监测提供“电子眼睛”。本发明装置结构简单，可移动性强，室内外均可使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水在线监测的方法和装置，更具体的说是一种废水在线生物监测方法和装置。
背景技术
水是人类生产和生活中不可缺少的重要资源，一方面近年来，我国化工废水排放总量一直占全国工业废水排放总量之首，已成为我国主要的水环境污染问题；其中由有毒有机化合物引起的水环境污染问题尤为严重，这主要是因为不少有机物属于致癌、致畸、致突变的“三致”物质，能使动物引发肿瘤，严重影响人体健康和动植物生长，进而干扰和破坏生态平衡。另一方面由于全球化的发展，交通运输的与日俱增，商品的频繁流动，特别是有毒有害化工产品的物流，发生溢流、泄漏等事件，对河流、水库等水源造成的急性污染时有发生。这些都迫切要求有一种灵敏的在线预警监测***即时发现水的突发性污染，及时采取有效的安全防范措施。
由于受到废水处理技术等因素的限制，部分企业排放的废水中，仍然含有许多对人体健康有害的有毒有机物质。而现有的废水达标排放标准，仅能满足最基本的要求，所涉及排放标准的参数仅是诸如COD等少数指标，难以有效控制有毒物质的排放。由于传统的采样检验面对一些突发的事故，如事故性污染、投毒等事件反应滞后，无法及时做出反应，于是诞生了全天候的水质在线生物监测。在线生物监测可以对水质进行连续24小时不间断监测，直观地对响应水质的突变产生的生物毒性，从而及时采取应对措施，将危害降到最小。
水质的在线生物监测（也称生物早期预警***，biological early warning
systems, BEWS），是近年在生物毒性试验基础上发展起来的，是将活生物置于监测室内，建立生物信号检测***，根据生物个体的异常生理或行为变化警报污染事件，主要用于监测污染物毒性在短期内的变化。它提供了一种评价污染物对生物潜在的负面影响快速而经济的方法，特别是在化学的方法不能监测(有机毒物的未知降解产物)，实际也无法监测(毒性物质混合物的协同或拮抗作用)或者化学方法监测费用极其昂贵时，在线生物监测能充分发挥作用。与理化监测和生物毒性测试相比，在线生物监测***显示出巨大的优越性。
国外生物在线监测研究发展较为迅速，并且已经得到应用，应用最多的在欧洲重大河流及支流(主要是莱茵河流域)上。英国、南非、美国和日本等国家也相继发展了此项技术。德国、荷兰、英国、美国等已有水质污染的在线生物监测***投入实际应用，并已进行商品化生产。用于监测各种饮用水处理厂、水产养殖场、污水处理厂等取水口和(或)排水口的水质。国内也有相关的研究报道，主要是吴永贵的运用隆线蚤的趋光性行为进行重金属污染的研究（吴永贵等，环境科学学报，2004）。李志良等讨论了利用水生生物的行为生态学变化进行水质在线生物监测的方法，以有机磷农药(敌敌畏、对硫磷)为预选水体污染物，以大型蚤为受试生物进行了突发性农药污染事件的生物在线预警试验（李志良等，中国给水排水，2007）。任宗明等论证了通过监测大型蚤运动相对行为变化，实现对百菌清、除草醚和溴氰菊酯农药污染事故的在线生物监测（任宗明等，中国给水排水，2006）。徐希莲等对开发藻类在线监测***进行了展望（徐希莲等，莱阳农学院学报，2001）。
综上所述，在线生物检测技术能利用早期预警功能，通过所选择的指示生物行为活动及其变化来反映水环境及其质量变化对生物的胁迫。按指示生物种类有：细菌、藻类、双壳软体动物、鱼类和水蚤在线生物监测***。
但是国外已经运行的在线生物监测***还有很多不足，如安装运行费用较高，***稳定性较差，误报警率较高，在温带地区，大多***只能季节性使用，或为***提供良好的支持***后方可常年使用。而且大多这些还停留在实验室研究上，基本无法达到实验室外的真实现场环境应用，现场应用的报道还没有见到。
生物在线检测技术与设备是当前优先发展的高技术产业化重点领域指南上明确指出的研究内容。基于目前研究、应用现状，可以相信：随着相关技术的发展，特别是生物技术及电子信息技术的发展，生物在线生物监测***发展前景广阔。
蚤类属枝角类动物的一种，在水生生态***食物网中处于关键地位，对其生存环境内化学组成的变化非常敏感，适宜环境中以孤雌生殖为主，具有良好的均质性，又因其具有高的出生率，所以水蚤是一种标准的毒性试验材料，可作为水质变化的生物指示物，目前已经在生活或工业污水、地表水、地下水以及生活饮用水等生物监测方面发挥着重要作用。
发明内容
1、要解决的技术问题
针对现有的废水在线生物监测难以实行，本发明提供了一种废水在线生物监测方法和装置，通过废水在线生物监测装置观察的行为测试探针，同时运用自动测量和自动控制技术，快捷、准确地判断水蚤因受污染而做出的相关反应，拟实现化工园区废水的在线生物监测。
2、技术方案
本发明的原理：
在线生物监测是利用对生活在水环境的生物个体行为变化进行实时监测的技术。在所有变化中，EC50、LC50等常规指标结果可反映污染物对生物的影响，但生物死亡造成的物种减少和消亡，往往已是污染造成的晚期效应，这样的结果只能评价污染对生态***的最终影响，难以起到早期预报控制和有效保护生物的作用。因此，本发明通过受试生物大型蚤游动将影响流通室内电场的分布，具体表现为输出电流或电压的变化，即当大型蚤受到外源性有毒物质作用而发生行为强度的增加或减弱，***输出的感应电流指标将出现相应变化。参照流通室内大型蚤在实验过程中保持正常的游动，对感应电流影响随时间呈现递增的趋势；而实验流通室大型蚤在暴露达到能够引起蚤运动形式发生变化的效应浓度时，出现感应电流在监测周期内随暴露时间增加不断降低的变化，同时结合自动测量和控制技术，实现流动废水生物毒性的在线监测。
本发明的技术方案：
一种废水在线生物监测装置，包括两组通道单元，每个单元包括储液室、流通室、感应电极、万用表和循环泵，循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露，流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对与稳压电源适配器相连作为电信号输入端，另一对电极通过导线与万用表相连组成电信号输出端。
本发明中两组通道单元一组用于参照另一组用于废水监测，两者存在相同的动力学条件，包括水流速度和体积。
本发明一种废水在线生物监测方法，其步骤为：
（A）大型蚤的培养，试验用蚤的取得；
（B）标准稀释水的配制；
（C）向参照流通室内加入人工稀释水溶液，实验流通室内加入所需废水，而后在流通室内各放入大型蚤；
（D）大型蚤放入流通室5 min后，开启电源适配器开关的同时开始实验计时；
（E）从0时刻开始，每间隔5 min记录参照和实验流通室的瞬时感应电流，30 min时刻记录并停止实验；
（F）两至三次重复，分析记录结果，判断对照与实验组间是否有显著差异。
本发明步骤中大型蚤的培养严格参照《水质物质对蚤类（大型蚤）急性毒性测定方法》的国标方法进行。结果判定在于多次重复试验后，若二者存在显著差异，则说明大型蚤行为受到抑制，可作为水质变化的预警。
3、有益效果
本发明提供了一种废水在线生物监测方法和装置，可以直观反映所排放水质是否安全，应对污染负荷的变化进行安全保障预警，这在国内外化工园区废水排放、污染企业废水排放以及集中式污水处理后污水排放等实时现场监控方面具有很好的应用前景，它为废水排放控制、有效管理提供技术支撑；同时，本发明的应用，将会给环保监测部门污染事故监测、纠纷仲裁监测提供“电子眼睛”。
本发明装置结构简单，体积小，易操作，可移动性强，室内外均可使用。制作方便，成本低。
附图说明
图1. 本发明装置结构示意图，储液室2、流通室1、感应电极4、万用表5和循环泵3；
图2. Atman牌潜水泵；
图3. 储液室；
图4. 流通室侧面及俯视图；
图5. 稳压源与铜电极；
图6. 成元万用表；
图7. 单、双通道在线生物监测***示意图；
图8. 电极浸没高度与感应电压关系；
图9. 流速对输出电压影响；
图10. 参照与实验流通室瞬时感应电流图；
图11. 在线监测***单元设计图；
单个实验池装置中参数设置为：单个实验池尺寸：5×7×8厘米，实验池内液面高度：4厘米，储液箱尺寸：5×8×15厘米，流动泵可控流速范围：1-10mL/min；
图12. 在线监测***整体装置简图
相关设置及池内装置：装置整体尺寸：40×50厘米，池内装置：搅拌器、恒温装置、光源、12个实验池等。上下两排共有12个实验单元，用于不同浓度废水的实验，可以自由选择使用单元的数目；
图13 实验装置示意图；
图14 pH对大型蚤分布影响图；
图15 PFOA暴露时间－感应电流变化趋势图；
图16PFOS暴露时间－感应电流变化趋势图。
具体实施方式
实施操作包括指标可利用性确定（包括pH对大型蚤行为影响和化合物对硝基酚的室内小试确定大型蚤行为指标的可利用性）以及使用实际在线监测***PFOS和PFOA化合物的水毒性测试。
大型蚤的培养参照《水质物质对蚤类（大型蚤）急性毒性测定方法》的国标方法进行，具体指标如下：
表1大型蚤实验室培养条件
| 水质 | 适合在淡水中生存（实验中采用稀释水） |
| 培养温度 | 20-25℃ |
| 光照度 | 1000lx |
| 光照周期 | 10L：14D（光暗比） |
| pH值 | 在pH为6-10范围内都能生存，最适宜pH范围为6.5-8.7间 |
| 硬度（以CaCO3计） | (250±25) mg/L |
| 溶解氧 | 2mg/L以上 |
在培养过程中，喂食斜生栅藻，每天将幼蚤取出，标明日期，并要求每2～3天更换培养液，以保证充足的溶解氧。
根据《水质物质对蚤类（大型蚤）急性毒性测定方法》，配制人工稀释水为大型蚤培养液，人工稀释水用蒸馏水或去离子水按下述方法配制：
表2 配制稀释水所用药品组分
| 氯化钙（CaC12·2H2O） | 3.33g |
| 硫酸镁（MgSO4·7H2O） | 1.85g |
| 碳酸氢钠（NaHCO3） | 0.97g |
| 氯化钾（KCI） | 0.09g |
将称得的药品溶解于15L蒸留水中（必要时可用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节pH值），混匀后进行持续曝气（不少于24小时），以保证稀释水中溶解充足的氧气。
实施例1
室内小试：
采用的仪器和装置：
废水在线生物监测装置，包括两组通道单元，每个单元包括循环泵3、储液室2、流通室1、感应电极4和万用表5，循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露，流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对与稳压电源适配器相连作为电信号输入端，另一对电极通过导线与万用表相连组成电信号输出端。设计并定制聚甲基丙烯酸甲酯材料的2×8×10cm容器（带盖子）12个，并在容器的一面贴上坐标纸，每两根线高度差为5mm（如图13示）；500mL容量瓶×6，100mL量筒×1，移液枪，pH计，电子天平、曝气装置和恒温光照培养箱等。
化学药品：
氧化钙、硫酸镁、碳酸氢钠、氯化钾、氢氧化钠、盐酸等
实验步骤：
（A）使用盐酸（1M）或者氢氧化钠（1M），在pH计的指示下调节两组稀释水直至pH=6.0和pH=9.0；
（B）将配得的不同pH的稀释水溶液置于实验容器内，液面加至6cm处（每个pH做两组平行）；
（C）用塑料滴管将24小时幼蚤逐个移入实验容器内，每个容器10只，移取结束后盖上盖子（如图13示）；
（D）将准备好的实验容器置于恒温光照培养箱中，调节温度为25℃，光暗比为10：14（L:D）；
（E）在48小时内选取4个时间段，分别为0-4、18-22、24-28和44-48小时，且在这四个时间段内，每半小时记录一次大型蚤在实验容器内的分布状况（不同高度范围大型蚤的数量）；每一个时间段内记录八次，并将同一高度的数目进行加和，求出这一高度范围内大型蚤出现的概率，以高度为横坐标、概率为纵坐标，作图，分析实验结果。
测试结果与讨论：
图14得到的结果表明在6.0-9.0范围内，pH对大型蚤的存活以及大分布特征的影响可以忽略，pH分别为6.0和9.0的48小时内四个时间段内，大型蚤并未出现异常的分布行为变化（偏酸、碱条件下的分布与中性时的分布几乎相同）。高度1处的概率分布处于0.2-0.6之间。通过该测试从图中可以明显看出大型蚤在水中存在一定的行为分布规律。
实施例2
室内小试：
采用的仪器和装置：
废水在线生物监测装置基本结构同实施例1，设计并定制聚甲基丙烯酸甲酯材料的2×8×10cm容器（带盖子）12个，并在容器的一面贴上坐标纸，每两根线高度差为5mm（如图13示）；500mL容量瓶×6，100mL量筒×1，移液枪，pH计，电子天平、曝气装置和恒温光照培养箱等。
化学药品：
对硝基苯酚（化学纯），DMSO（分析纯），甲醇，氧化钙，硫酸镁，碳酸氢钠，氯化钾，等。
实验步骤：
（A）溶液配制：准确称取对硝基苯酚0.010g，并用稀释水进行溶解，置于500mL容量瓶中，用稀释水定容，得浓度为20.0mg/L对硝基苯酚溶液；用量筒取20.0mg/L对硝基苯酚溶液250mL于另一500mL容量瓶中，用稀释水定容，得10.0mg/L对硝基苯酚溶液；依此类推，逐步稀释得5.0mg/L、2.5mg/L、1.0pmg/L和0.5mg/L对硝基苯酚溶液；若需调节所配溶液的pH值，可逐滴加入盐酸（1M）或者氢氧化钠（1M），在pH计的指示下进行调节，直至pH值达到实验要求；
（B）将配得的不同浓度对硝基苯酚溶液置于实验容器内，液面加至6cm处（每个浓度做两组平行）；
（C）用塑料滴管将24小时幼蚤逐个移入实验容器内，每个容器10只，移取结束后盖上盖子（如图14示）；
（D）将准备好的实验容器置于恒温光照培养箱中，调节温度为25℃，光暗比为10：14（L:D）；
（E）在48小时内选取4个时间段，分别为0-4、18-22、24-28和44-48小时，且在这四个时间段内，每半小时记录一次大型蚤在实验容器内的分布状况（不同高度范围大型蚤的数量）；每一个时间段内记录八次，并将同一高度的数目进行加和，求出这一高度范围内大型蚤出现的概率，以高度为横坐标、概率为纵坐标，作图，分析实验结果。
实验结果：
结果表明：在0-4、18-22和24-28这三个时间段内，各浓度组大型蚤的分布状况比较一致，高度1处的概率分布在0.2-0.7，说明该浓度下短期并未引起行为变化；44-48时间段内，大型蚤在20.0ppm中的分布与其他五个浓度下的分布产生较大的差异，20mg/L时出现在0.9-1.0之间，整体而言，随着时间的延长，概率所在的区间范围越来越大，所表现出来的差异性随之增大，说明高浓度的对硝基酚毒害作用是可以在大型蚤个体行为上表现出来的。
通过对硝基苯酚大型蚤室内小试，证实关于行为强度变化可以作为大型蚤在线生物监测指标推论的可行性。
实施例3
室内中试：
采用的装置：如图7
实验步骤：
（A）流动暴露实验前配制两种化合物的高浓度储备液（PFOA1600 mg·L-1和PFOS 800 mg·L-1），使用不超过0.5‰的DMSO助溶。
（B）分别向参照和实验流通室内加入250mL的人工稀释水溶液，而后在流通室内各放入10只大型蚤成蚤。
（C）大型蚤放入流通室5 min后，再分别向参照流通室补充250 mL （含0.5‰DMSO）的稀释水和向实验流通室补充250 mL含有PFOA的稀释水，开启电源适配器开关的同时开始实验计时。
（D）从0时刻开始，每间隔5 min记录参照和实验流通室的瞬时感应电流（图2-14），30 min时刻记录并停止实验。
（E）进行下一浓度或化合物暴露实验前，用人工稀释水将流通室与储液室器壁洗净后，重复上述实验操作。
测试结果：
如图15所示，低浓度PFOA暴露的时间－感应电流实验表明：40 mg·L-1浓度组感应电流变化幅度与参照相比没有差别（0.04mA），说明此浓度下大型蚤运动强度并未因外源化合物的抑制（或刺激）；80 mg·L-1浓度组与参照相比在5min首次出现明显小于0时刻感应电流的拐点，这意味着此浓度下PFOA已经对受试生物产生运动机能的损伤。
160 mg·L-1浓度下，5、10和15min感应电流数值（1.005, 1.004和1.002 mA）均低于0时刻（1.005 mA），而参照输出的电流强度在此时间区段内则不断上升（0min 1.288mA-30min 1.324mA），且在25-30min再次出现后一时间点***响应信号强度降低的走势；320mg·L-1浓度组在30min实验周期内的每一个时刻都表现出感应电流的下降（0min 1.057mA-30min 1.040mA），而参照流通室的信号响应表现为通常的随时间增强（0min 1.382 mA-30min
1.422mA）的变化形式。
PFOA高暴露浓度下感应电流的呈现的变化规律表明，大型蚤游动已经受到目标化合物毒性效应的影响，进而影响流通室内电场强度的分布并能通过电信号直接观测得出。320mg·L-1浓度下出现的与参照组输出的显著差异，预示该浓度暴露下大型蚤行为强度减弱已呈现不可逆的趋势，即大型蚤生理机能和运动方式已受到严重的抑制作用。尽管这种抑制作用机制还不明确，但利用感应电流作为大型蚤在线生物监测***的敏感指标，短期内的非致死毒性效应是可以实现的。
本实验追加了PFOS与PFOA的大型蚤急性毒性测试，测试方法依据《水质物质对蚤类（大型蚤）急性毒性测定方法》（GB/T 13266291）方法，得出结果如下：
表3 PFOA与PFOS对大型蚤急性毒性
| 化合物名称 | 24h-LC50 mg·L-1 | 95% 浓度置信区间mg·L-1 | 48h-LC50 mg·L-1 | 95% 浓度置信区间mg·L-1 |
| 全氟辛酸（PFOA） | 227.93 | 194.69-266.84 | 114.27 | 97.55-133.85 |
| 全氟辛烷磺酸（PFOS） | 91.70 | 77.45-108.57 | 33.76 | 30.88-36.91 |
结合该实验结果，80 mg·L-1浓度下已经可以在30s内发现感应电流信号变化异常，而该浓度与48h观测的半致死浓度接近，说明该***相比传统的急性毒性试验更加节省时间，能快速预警水质变化情况。
实施例4
室内中试：
采用的装置：如图7
实验步骤：
（A）流动暴露实验前配制PFOS的高浓度储备液800 mg·L-1，使用不超过0.5‰的DMSO助溶。
（B）分别向参照和实验流通室内加入250mL的人工稀释水溶液，而后在流通室内各放入10只大型蚤成蚤。
（C）大型蚤放入流通室5 min后，再分别向参照流通室补充250 mL （含0.5‰DMSO）的稀释水和向实验流通室补充250 mL含有PFOS的稀释水，开启电源适配器开关的同时开始实验计时。
（D）从0时刻开始，每间隔5 min记录参照和实验流通室的瞬时感应电流（图10），30 min时刻记录并停止实验。
（E）进行下一浓度或化合物暴露实验前，用人工稀释水将流通室与储液室器壁洗净后，重复上述实验操作。
测试结果：
低浓度PFOS暴露（20、40 mg·L-1）实验和参照流通室感应电流随暴露时间变化的趋势基本一致（图16），即随时间延长感应电流强度上升。20mg·L-1与参照流通室内电流变化幅度都在0.080mA以内，即大型蚤显现正常的游动行为方式；40 mg·L-1组感应电流变化同样与参照流通室一样表现出上升趋势，但感应电流在30min暴露周期内改变的幅度则比参照小（实验通道和参照通道感应电流变化幅度分别为0.040mA和0.080mA），实验过程中其它***参数保持恒定，因此推断差异来自40 mg·L-1PFOS引起的大型蚤行为强度的减弱。这种行为强度的减弱，将削弱大型蚤运动对流通室内电场影响，表现为感应电流变化幅度降低。
80和160 mg·L-1高浓度组PFOS在线生物监测***暴露实验显示，实验组感应电流变化幅度（对应分别为0.040和0.030mA）均小于参照（对应分别为0.060和0.120mA），但总体的变化仍然呈现上升趋势。与低浓度组相比，高浓度组大型蚤行为强度显著减弱。160 mg·L-1PFOS浓度组0与5min两时刻感应电流值相等，预示高浓度PFOS暴露初期（5min）内已显示对大型蚤行为强度的抑制作用。
该结果表明40 mg·L-1PFOS已经可以在30s内发现感应电流信号变化异常，与表3相比，与PFOA结果类似，该浓度也与48h观测的半致死浓度接近，再次说明该***相比传统的急性毒性试验能更快速预警水质变化情况。
Claims (4)
1.一种废水在线生物监测装置，其特征在于包括两组通道单元，每个单元包括循环泵（3）、储液室（2）、流通室（1）、感应电极（4）和万用表（5），循环泵放置在储液室远离流通室的侧面底部，通过塑料管与流通室相接，流通室侧壁与储液室侧面等高处相连，实现全程的流动暴露，流通室内侧放置两对带螺母的铜电极，其中一对与稳压电源适配器相连作为电信号输入端，另一对电极通过导线与万用表相连组成电信号输出端。
2.根据权利要求1所述的废水在线生物监测装置，其特征在于两组通道单元一组用于参照另一组用于废水监测，两者存在相同的动力学条件，包括水流速度和体积。
3.一种废水在线生物监测方法，其步骤为：
（A）受试生物的培养；
（B）标准稀释水的配制；
（C）向参照流通室内加入人工稀释水溶液，实验流通室内加入所需废水，而后在流通室内各放入受试生物；
（D）受试生物放入流通室后，开启电源适配器开关的同时开始实验计时；
（E）从0时刻开始，每间隔5 min记录参照和实验流通室的瞬时感应电流，30 min时刻记录并停止实验；
（F）两至三次重复，分析记录结果，判断参照与实验组间是否有显著差异。
4.根据权利要求3所述的废水在线生物监测方法，其特征在于受试生物为严格参照《水质物质对蚤类（大型蚤）急性毒性测定方法》的国标方法进行培养的大型蚤。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN2011100693995A CN102207485A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种废水在线生物监测方法和装置 |
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Publications (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN102207485A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105486816A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-04-13 | 湖南省植物保护研究所 | 大型溞测定农药悬浮剂毒性的方法 |
| CN106915870A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-07-04 | 江苏德立环保工程股份有限公司 | 一种农村污水处理出水水质生物预警*** |
| CN107376488A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-24 | 江苏省环境监测中心 | 适用于含重金属的水质样品的现场过滤*** |
| CN111751503A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-09 | 南宁师范大学 | 一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法 |
| CN112129908A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-25 | 长江大学 | 一种利用大型溞趋光性分析高盐废水毒性的装置及方法 |
| CN113219023A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-06 | 大唐秦岭发电有限公司 | 一种在线溶解氧表传感器失效的监测方法及*** |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0158522A2 (en) * | 1984-04-13 | 1985-10-16 | Water Research Centre | Continuous monitoring of water quality |
| WO1992004629A1 (en) * | 1990-09-11 | 1992-03-19 | William Faithfull Miller | Portable water pollution monitor |
| US5140855A (en) * | 1990-11-13 | 1992-08-25 | Biological Monitoring, Inc. | Monitoring tank modules and array for use with biological sensors |
| WO2004069751A2 (en) * | 2003-02-03 | 2004-08-19 | U.S. Government As Represented By The Secretary Of The U.S. Army | Apparatus and method of portable automated biomonitoring of water quality |
| CN101191792A (zh) * | 2006-11-24 | 2008-06-04 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于水生生物回避行为的水质在线安全预警***和方法 |
| CN101424678A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-05-06 | 烟台迪特商贸有限公司 | 水质突变生物行为指标监测***及监测方法 |
-
2011
- 2011-03-22 CN CN2011100693995A patent/CN102207485A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0158522A2 (en) * | 1984-04-13 | 1985-10-16 | Water Research Centre | Continuous monitoring of water quality |
| WO1992004629A1 (en) * | 1990-09-11 | 1992-03-19 | William Faithfull Miller | Portable water pollution monitor |
| US5140855A (en) * | 1990-11-13 | 1992-08-25 | Biological Monitoring, Inc. | Monitoring tank modules and array for use with biological sensors |
| WO2004069751A2 (en) * | 2003-02-03 | 2004-08-19 | U.S. Government As Represented By The Secretary Of The U.S. Army | Apparatus and method of portable automated biomonitoring of water quality |
| CN101191792A (zh) * | 2006-11-24 | 2008-06-04 | 中国科学院生态环境研究中心 | 基于水生生物回避行为的水质在线安全预警***和方法 |
| CN101424678A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-05-06 | 烟台迪特商贸有限公司 | 水质突变生物行为指标监测***及监测方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105486816A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-04-13 | 湖南省植物保护研究所 | 大型溞测定农药悬浮剂毒性的方法 |
| CN106915870A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-07-04 | 江苏德立环保工程股份有限公司 | 一种农村污水处理出水水质生物预警*** |
| CN107376488A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-24 | 江苏省环境监测中心 | 适用于含重金属的水质样品的现场过滤*** |
| CN111751503A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-09 | 南宁师范大学 | 一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法 |
| CN111751503B (zh) * | 2020-07-09 | 2022-12-02 | 南宁师范大学 | 一种赤潮毒素食物链累积与传递模拟方法 |
| CN112129908A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-25 | 长江大学 | 一种利用大型溞趋光性分析高盐废水毒性的装置及方法 |
| CN113219023A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-06 | 大唐秦岭发电有限公司 | 一种在线溶解氧表传感器失效的监测方法及*** |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111005 |