[发明专利]一种基于光能量积分球的水质检测监测系统装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于光能量积分球的水质检测监测系统装置及方法，其中装置包括前端检测监测装置和后端检测监测系统，前端检测监测装置和后端检测监测系统通过网络通讯进行数据传输；前端检测监测装置包括能源模块、结构模块、主控模块和外设模块；能源模块与结构模块连接；能源模块、结构模块和外设模块均与主控模块连接，能源模块用于为前端检测监测装置提供能源电流；结构模块用于检测监测水质；外设模块用于将采集光能量数据传输到后端检测监测系统；后端检测监测系统包括AI模型库、数据库模块、大数据计算模块、管理模块和应用模块，AI模型库、数据库模块、大数据计算模块和应用模块均与管理模块连接。实时监测水质且结果准确率高。

技术领域

本发明涉及环境监测的技术领域，尤其涉及一种基于光能量积分球的水质检测监测系统及方法。

背景技术

随着近几年环境污染的加重，水安全对人类的影响是多方面的，涉及到自然及社会人文的各个方面。同时随着人们生活水平的提高，人们对于水质的要求也越来越高，目前水质指标测定一般采用实地取样，实验室分析的方法，这种方法存在操作复杂和灵活性差的问题；因此，水质监测受到了国内外专家学者、各国政府和国际组织的广泛关注。

生物化学需氧量(biochemical oxygen demand，BOD)作为水质监测的重要指标，国际标准为5日BOD法，但其操作繁琐、耗时，还需要熟练的技术，且不能及时反映水质变化(Liu et al.,Biosens.Bioelectron.,Vol.20,562(2004))。近年来所发展的BOD的快速测量都是基于微生物同化有机物反应的同时将电子传递给氧气的原理，但是，由于氧气在水中的溶解度有限，对于高浓度的有机物样品需要经过稀释才能测量，从而大大降低了结果的准确性。另一方面，由于氧气受温度、气压影响而变化很大，这会引起测量结果的波动，如果附加一个氧气平衡装置也会使结果带来扰动(Lei et al.,Anal.Chim.Acta,Vol.568,200(2006)；Du et al.,Biotechnol.Adv.,Vol.25,464(2007))；

此外，随着人类生产活动的发展，大量既不是人体组成成分，也不是人体所需营养物质或维持正常生理功能必须的化学品被不断排放到水中，这些有毒有害的化学品通过食物链的放大作用进入人体内，可能会危害人体健康甚至生命。因此，对水体毒性进行检测及监测是评价水体是否受到到污染以及判断污染程度的重要手段。目前，蛙类、鱼类、小鼠、浮游生物、海藻等生物已被用于水体毒性检测，但是，上述生物进行水体毒性检测时具有测试周期长、成本高、操作复杂等缺点，不仅难以推广，而且不能满足现场快速检测需要。现有国际标准 ISO11348-3规定使用深海发光细菌V.fischeri作为受试生物，实现了快速检测的需要，但是也存在诸多不足：首先，为了平衡渗透压，测试必须在高盐度条件下进行，可能会引起样品中某些化学品性质的改变，而且盐度校正会导致假阴性的结果；其次，对于一些溶解度低的样品，则会由于毒物的析出而导致假阳性结果；再次，该方法采用荧光检测，检测信号易受水体浑浊和颜色的影响；最后，发光细菌在自然界中不是普遍存在的微生物，获得和保存较为困难，商品发光细菌价格较为昂贵，导致检测成本较高。

在水利、环保和水产养殖行业的水质指标检测和监测常用技术为电极法，但是全面的水质指标检测和监测，比如溶解氧、pH、氨氮、亚硝酸盐、硬度和水中H₂S等成本高昂、操作复杂和电解液容易对水体产生二次污染。随着技术的发展，器件模块价格下降，原本应用在遥感遥测卫星上的高光谱技术可以解决上述问题。

因此，现在有必要开发一种基于光能量积分球的水质检测监测系统、装置及方法，将需检测监测的水样抽入一个积分球的结构中，用200～1100nm的光源照射水面，采集光在水体中的镜面反射、水体反射和衍射及积分球的结构反射后的光能量数据，通过AI(Artificial Intelligence)大数据算法计算水中溶解氧、pH、氨氮、亚硝酸盐、硬度和水中H₂S等水质指标的数值和变化，为水利、环保和水产养殖行业的水质指标检测和监测提供了方便可靠的技术方案。

发明内容