CN117448415B - 地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途 - Google Patents
地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117448415B CN117448415B CN202311766476.1A CN202311766476A CN117448415B CN 117448415 B CN117448415 B CN 117448415B CN 202311766476 A CN202311766476 A CN 202311766476A CN 117448415 B CN117448415 B CN 117448415B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anaerobic
- sensor
- active
- solution
- biological film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 154
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 99
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 claims abstract description 76
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 claims abstract description 63
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 35
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 142
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 115
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 107
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 99
- 239000012085 test solution Substances 0.000 claims description 59
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 49
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 25
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 claims description 21
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 claims description 21
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 13
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 claims description 12
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 claims description 12
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 claims description 9
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012482 calibration solution Substances 0.000 claims description 6
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 5
- 241000589291 Acinetobacter Species 0.000 claims description 4
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 231100000004 severe toxicity Toxicity 0.000 claims description 4
- 241000589941 Azospirillum Species 0.000 claims description 3
- 241000626621 Geobacillus Species 0.000 claims description 3
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 claims description 2
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 claims 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 88
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 75
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 68
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 22
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 22
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 20
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 15
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 12
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 description 11
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 11
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 11
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 11
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 9
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 9
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 8
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007995 HEPES buffer Substances 0.000 description 6
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 6
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 5
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 5
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 5
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 5
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 5
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 4
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- CYDQOEWLBCCFJZ-UHFFFAOYSA-N 4-(4-fluorophenyl)oxane-4-carboxylic acid Chemical compound C=1C=C(F)C=CC=1C1(C(=O)O)CCOCC1 CYDQOEWLBCCFJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000863430 Shewanella Species 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009614 chemical analysis method Methods 0.000 description 2
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000004940 physical analysis method Methods 0.000 description 2
- 238000005064 physico chemical analysis method Methods 0.000 description 2
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000001540 sodium lactate Substances 0.000 description 2
- 229940005581 sodium lactate Drugs 0.000 description 2
- 235000011088 sodium lactate Nutrition 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 241001312727 Azospira Species 0.000 description 1
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000003042 antagnostic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000003895 groundwater pollution Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000037323 metabolic rate Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 238000013441 quality evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
Abstract
本发明公开了地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途，方法包括：（1）制备厌氧活性生物膜传感器；（2）对厌氧活性生物膜传感器进行校正；（3）对厌氧活性生物膜传感器进行质控测试；（4）对厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试；（5）对待测地下水试样进行生物毒性检测。本发明以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及一种地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途。
背景技术
为了饮水健康，亟需开展地下水水质监测。一方面目前地下水水质监测主要采取手工采样、实验室分析的方法，此种方法因采样至检测过程时间长无法实时出数据，且会因采样操作问题、存储时间长导致空气中氧气进入样品从而导致测试数据不准确问题；另一方面，当前地下水水质评价采用理化分析方法检测氨氮、硝酸盐、亚硝酸、氟化物、氯化物、重金属等指标，需要大量测试设备、测试时间长，并且不同化学物质对生物的毒性作用会呈现协同、拮抗效应，因此当前理化分析手段不足以直接反应地下水水质对生物的毒性。生物监测方法以活性生物为受试对象，可通过检测接触水样后生物的生理生化、形态指标的变化来判定水样的生物毒性，目前在水质检测方面广泛应用。
然而，当前的生物毒性监测方法如发光细菌法、鱼法、藻类法等等，均需水样中含有足够的溶解氧，否则受试生物会因缺氧而死亡无法达到水质检测的目的。地下水因存在地表以下，是地下含水层渗出水，往往溶解氧含量低下甚至不含溶解氧，若通过测试前先对水样充氧而后再进行测试，则易导致原有水样中还原性物质被氧化从而破坏原有水样，从而导致测试结果不准确。另外，地下水污染具有污染时间长、污染物浓度低等特点，需要灵敏度更高的监测设备和方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途。本发明以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种地下水水质生物毒性在线监测方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
（1）在无氧培养液中对生物电极进行培养，所述生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体，以得到厌氧活性生物膜传感器；
（2）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液，以便对所述厌氧活性生物膜传感器进行校正；
（3）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液，以便对所述厌氧活性生物膜传感器进行质控测试；
（4）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液，以便对所述厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试；
（5）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样，以便对所述待测地下水试样进行生物毒性检测。
根据本发明实施例的地下水水质生物毒性在线监测方法，在无氧培养液中制备厌氧活性生物膜传感器，并依次采用无氧校正溶液对该厌氧活性生物膜传感器进行校正、采用无氧质控测试溶液对该厌氧活性生物膜传感器进行质控测试、采用无氧毒性物质测试溶液对该厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试，最后采用通过校正、质控测试和毒性物质测试的厌氧活性生物膜传感器测试待测地下水试样的水质情况，该方法以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤（2）中，在充入所述无氧校正溶液结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I0；在步骤（3）中，在充入所述无氧质控测试溶液结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I1；计算所述厌氧活性生物膜传感器的质控测试抑制率dz1=（I0-I1）/I0*100%，当dz1在±10%之间时，继续步骤（4）；否则重复步骤（2）-步骤（3），直至dz1在±10%之间；
在步骤（4）中，在充入所述无氧毒性物质测试溶液结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I2；计算所述厌氧活性生物膜传感器的毒性物质测试抑制率sc=（I0-I2）/I0*100%，当sc≥20%时，继续步骤（5）；否则重复步骤（2）-步骤（4），直至sc≥20%；
在步骤（5）中，在充入所述待测地下水试样结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I3；计算所述待测地下水试样的抑制率N=（I0-I3）/I0*100%。
在本发明的一些实施例中，当N≤-20%时，判定所述待测地下水试样的水质富营养化；当-20%<N≤20%之间时，判定所述待测地下水试样的水质正常；当20%<N≤50%之间时，判定所述待测地下水试样的水质有轻度毒性；当50%<N<80%之间时，判定所述待测地下水试样的水质有重度毒性；当N≥80%时，判定所述待测地下水试样的水质有剧毒。
在本发明的一些实施例中，在步骤（1）中，包括2个所述厌氧活性生物膜传感器；在步骤（2）-（4）中，分别获取2个所述厌氧活性生物膜传感器的电流，2个所述厌氧活性生物膜传感器的质控测试抑制率dz1、毒性物质测试抑制率sc均需要满足dz1在±10%之间、sc≥20%；在步骤（5）中，向其中一个所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述待测地下水试样，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I3；同时向另一个所述厌氧活性生物膜传感器中充入空白试样，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I4，计算dz2=（I0-I4）/I0*100%，要求dz2在±10%范围内，否则当次的试样测试数据N无效；或者，如果其中一个所述厌氧活性生物膜传感器测试所述待测地下水试样时，遇到极端毒性试样导致所述厌氧活性生物膜传感器失效时，则启动另一个所述厌氧活性生物膜传感器再次测试所述待测地下水试样，若两次均出现高抑制率报警或者导致所述厌氧活性生物膜传感器失效，则直接判定所述待测地下水试样的水质有剧毒。
在本发明的一些实施例中，在步骤（1）中，所述厌氧活性微生物包括地杆菌、喉杆菌、假单胞菌、希瓦氏菌、固氮螺菌和不动杆菌中的至少一种；和/或，在步骤（1）中，在所述无氧培养液中对所述生物电极进行培养的过程中，定时监测所述厌氧活性生物膜传感器输出的电信号，当电信号低于0.001mA时更换无氧培养液，更换无氧培养液的次数不低于3次，且最后一次更换无氧培养液后的第0.5h-2h时间段内，若所述厌氧活性生物膜传感器的电信号在0.2mA-1.0mA之间，且最大电流、最小电流与电流平均值之间偏差不超过±10%，则判定所述厌氧活性生物膜传感器制作完成；和/或，在步骤（4）中，所述无氧毒性物质测试溶液中包括毒性物质，所述毒性物质的浓度为0.05mg/L-2.0mg/L，所述毒性物质包括铜离子、锌离子和铅离子中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧校正溶液的流速、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧质控测试溶液的流速、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧毒性物质测试溶液的流速、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的流速各自独立地为1mL/min-15mL/min；在将所述无氧校正溶液充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述无氧校正溶液中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min；在将所述无氧质控测试溶液充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述无氧质控测试溶液中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min；在将所述无氧毒性物质测试溶液充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述无氧毒性物质测试溶液中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min；在将所述待测地下水试样充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述待测地下水试样中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min。
在本发明的一些实施例中，所述无氧校正溶液中、所述无氧质控测试溶液中、所述无氧毒性物质测试溶液中、所述待测地下水试样中均包括有机底物，基于所述厌氧活性生物膜传感器中的所述厌氧活性微生物的个数为106-108，所述无氧校正溶液中的有机底物的浓度、所述无氧质控测试溶液中的有机底物的浓度、所述无氧毒性物质测试溶液中的有机底物的浓度和所述待测地下水试样中的有机底物的浓度各自独立地为0.1mmol/L-4mmol/L；向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧校正溶液的时间、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧质控测试溶液的时间、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧毒性物质测试溶液的时间、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的时间各自独立地为10min-100min；在步骤（2）-（5）中，相邻两次充液的间隔时间为10min-24h。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种实施以上实施例所述方法的装置。根据本发明的实施例，所述系统包括：
至少一个厌氧活性生物膜传感器，所述厌氧活性生物膜传感器中设有生物电极，所述生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体；
至少一个第一两通阀，所述第一两通阀分别与所述厌氧活性生物膜传感器、第一排废装置相连；
至少一个第一蠕动泵，所述第一蠕动泵的一端与所述第一两通阀相连；
至少一个第二两通阀，所述第一蠕动泵的另一端与所述第二两通阀相连；
至少一个配液杯，所述配液杯分别与所述厌氧活性生物膜传感器、所述第二两通阀相连；
至少一个第二蠕动泵，所述第二蠕动泵的一端与所述配液杯相连，所述第二蠕动泵的另一端与第二排废装置相连；
至少一个氮气供应装置，所述氮气供应装置与所述配液杯相连；
配液单元，所述配液单元与所述配液杯相连；
系统控制单元，所述系统控制单元通过电信号分别与所述第一两通阀、所述第一蠕动泵、所述第二两通阀、所述第二蠕动泵和所述配液单元相连；
信号采集及数据处理单元，所述信号采集及数据处理单元与所述厌氧活性生物膜传感器相连。
根据本发明实施例的装置，能够实现地下水水质生物毒性在线监测，该装置以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
另外，根据本发明上述实施例的装置还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述厌氧活性生物膜传感器、所述第一两通阀、所述第一蠕动泵、所述第二两通阀、所述第二蠕动泵、所述配液杯和所述氮气供应装置的个数均为2个；和/或，所述配液杯上设有加热单元；和/或，所述配液单元包括多通阀、多个试剂存储装置和第三蠕动泵，所述多通阀分别与所述第三蠕动泵、多个所述试剂存储装置相连，所述系统控制单元与所述多通阀相连。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种以上实施例的方法在地下水水质生物毒性监测中的用途。由此，通过将地下水水质生物毒性在线监测方法用于地下水水质生物毒性监测中，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的地下水水质生物毒性在线监测方法的流程示意图；
图2为厌氧活性生物膜传感器在充液-非充液循环过程中的电信号输出示意图；
图3为本发明的实施地下水水质生物毒性在线监测方法的装置结构示意图；
图4为实施例5的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与碘化物测试数据相关性分析图；
图5为实施例5的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与CODmn(高锰酸盐指数)测试数据相关性分析图；
图6为实施例5的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与氨氮测试数据相关性分析图；
图7为实施例5的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与总重金属测试数据相关性分析图；
图8为实施例5的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与氟化物测试数据相关性分析图；
图9为实施例5的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与硝酸盐测试数据相关性分析图。
其中，1-厌氧活性生物膜传感器，2-第一两通阀，3-第一排废装置，4-第一蠕动泵，5-配液杯，6-第二两通阀，7-第二蠕动泵，8-氮气供应装置，9-第二排废装置，10-系统控制单元，11-信号采集及数据处理单元，12-多通阀，13-第三蠕动泵，14-试剂存储装置，15-计量管，16-第三排废装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种地下水水质生物毒性在线监测方法。根据本发明的实施例，参考附图1，方法包括：S100：在无氧培养液中对生物电极进行培养，生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体，以得到厌氧活性生物膜传感器（也可以简称传感器）；S200：向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液，以便对厌氧活性生物膜传感器进行校正；S300：向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液，以便对厌氧活性生物膜传感器进行质控测试；S400：向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液，以便对厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试；S500：向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样，以便对待测地下水试样进行生物毒性检测。由此，该方法在无氧培养液中制备厌氧活性生物膜传感器，并依次采用无氧校正溶液对该厌氧活性生物膜传感器进行校正、采用无氧质控测试溶液对该厌氧活性生物膜传感器进行质控测试、采用无氧毒性物质测试溶液对该厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试，最后采用通过校正、质控测试和毒性物质测试的厌氧活性生物膜传感器测试待测地下水试样的水质情况，该方法以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
下面对本发明提出的地下水水质生物毒性在线监测方法进行详细说明：
具体地，参考附图1，上述地下水水质生物毒性在线监测方法包括如下步骤：
S100：制备厌氧活性生物膜传感器；
在该步骤中，在无氧培养液中对生物电极进行培养，生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体，以得到厌氧活性生物膜传感器（也可以简称传感器）。
制备上述厌氧活性生物膜传感器的具体过程如下：
S110：按照本领域的常规方法组装传感器。传感器包括上壳体、下壳体、电极组、生物膜载体、进水管、出水管以及各部件连接、密封所需的螺钉、密封圈等。
S120：在生物膜载体上接种厌氧活性微生物，启动生物膜驯化。厌氧活性微生物的具体种类并不受特别限定，作为一些优选的方案，厌氧活性微生物可以包括Geobacter地杆菌、Oscillibacter喉杆菌、Pseudomonas假单胞菌、Shewanella希瓦氏菌、Azospirillum固氮螺菌和Acinetobacter不动杆菌中的至少一种。
S130：定时监测传感器输出的电信号，当电信号低于0.001mA时更换无氧培养液，更换无氧培养液（换液次数不可少于3次，即使在第一次或第二次换液时电流已经达到要求，但仍需换液3次；若换液次数达到10次以上最终电流仍不满足要求，则此批传感器直接废弃）。最后一次更换培养液后的第0.5-2h时间段内，若传感器电信号在0.2mA-1.0mA之间，且此期间最大电流、最小电流与电流平均值之间偏差不超过±10%，判定传感器制作完成。
S200：对厌氧活性生物膜传感器进行校正；
在该步骤中，向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液，以便对厌氧活性生物膜传感器进行校正。在充入无氧校正溶液结束前，获取厌氧活性生物膜传感器的电流I0。例如，传感器充液过程结束前3min，读取传感器电流信号，每10秒读取1次，3min电流平均值作为传感器电流值I0。
在本发明的实施例中，无氧校正溶液中包括试剂A、试剂B、试剂C和纯净水，例如，包括4毫升试剂A+4毫升试剂B+2毫升试剂C+50毫升纯净水，总反应体系60毫升。其中，试剂A主要成分为大量元素，含氯化钠、氯化钾等渗透压调节盐类以及pH缓冲物质，试剂B主要成分为有机底物，为测试提供有机底物，试剂C主要成分为微量元素和维生素。其中，初始反应体系中有机底物的浓度可以为0.1mmol/L-4mmol/L。大量元素：氯化钠的浓度可以为20mmol/L-80mmol/L；氯化钾的浓度可以为0.1mmol/L-2mmol/L；氯化铵的浓度可以为0.5mmol/L-5mmol/L。pH缓冲物质：HEPES的浓度可以为10mmol/L-30mmol/L。微量元素：MgSO4的浓度可以为10mg/L-50mg/L；MnSO4·H2O的浓度可以为1mg/L-5mg/L，FeSO4·7H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，CoCl2·6H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，Na2MoO4·2H2O的浓度可以为0.05mg/L-0.5mg/L。
上述有机底物的具体种类并不受特别限定，作为一些具体示例，上述有机底物包括乙酸钠和乳酸钠中的至少一种。
根据本发明的一些具体实施例，以恒定的流速向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液，其流速可以为1mL/min-15mL/min，波动幅度不超过±5%；向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液的时间可以为10min-100min。
为了确保校正溶液处于无氧状态，根据本发明的一些具体实施例，在将无氧校正溶液充入厌氧活性生物膜传感器之前，以恒定的流速向无氧校正溶液中充入氮气（例如高纯氮气），氮气的流速可以为50mL/min-500mL/min，波动幅度不超过±20%；通氮气的时间可以维持在10min以上。同时，还可以控制无氧校正溶液的温度为25±1℃。
S300：对厌氧活性生物膜传感器进行质控测试；
在该步骤中，向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液，以便对厌氧活性生物膜传感器进行质控测试。在充入无氧质控测试溶液结束前，获取厌氧活性生物膜传感器的电流I1。例如，传感器充液过程结束前3min，读取传感器电流信号，每10秒读取1次，3min电流平均值作为传感器电流值I1。计算厌氧活性生物膜传感器的质控测试抑制率dz1=（I0-I1）/I0*100%，当dz1在±10%之间时，继续步骤S400；否则重复步骤S200-步骤S300，直至dz1在±10%之间。
在本发明的实施例中，无氧质控测试溶液中包括试剂A、试剂B、试剂C和纯净水，例如，包括4毫升试剂A+4毫升试剂B+2毫升试剂C+50毫升纯净水，总反应体系60毫升。试剂A主要成分为大量元素，含氯化钠、氯化钾等渗透压调节盐类以及pH缓冲物质，试剂B主要成分为有机底物，为测试提供有机底物，试剂C主要成分为微量元素和维生素。其中，初始反应体系中有机底物的浓度可以为0.1mmol/L-4mmol/L。大量元素：氯化钠的浓度可以为20mmol/L-80mmol/L；氯化钾的浓度可以为0.1mmol/L-2mmol/L；氯化铵的浓度可以为0.5mmol/L-5mmol/L。pH缓冲物质：HEPES的浓度可以为10mmol/L-30mmol/L。微量元素：MgSO4的浓度可以为10mg/L-50mg/L；MnSO4·H2O的浓度可以为1mg/L-5mg/L，FeSO4·7H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，CoCl2·6H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，Na2MoO4·2H2O的浓度可以为0.05mg/L-0.5mg/L。
根据本发明的一些具体实施例，以恒定的流速向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液，其流速可以为1mL/min-15mL/min，波动幅度不超过±5%；向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液的时间可以为10min-100min。
为了确保质控测试溶液处于无氧状态，根据本发明的一些具体实施例，在将无氧质控测试溶液充入厌氧活性生物膜传感器之前，以恒定的流速向无氧质控测试溶液中充入氮气（例如高纯氮气），氮气的流速可以为50mL/min-500mL/min，波动幅度不超过±20%；通氮气的时间可以维持在10min以上。同时，还可以控制无氧质控测试溶液的温度为25±1℃。
S400：对厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试；
在该步骤中，向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液，以便对厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试。在充入无氧毒性物质测试溶液结束前，获取厌氧活性生物膜传感器的电流I2。例如，传感器充液过程结束前3min，读取传感器电流信号，每10秒读取1次，3min电流平均值作为传感器电流值I2。计算厌氧活性生物膜传感器的毒性物质测试抑制率sc=（I0-I2）/I0*100%，当sc≥20%时，继续步骤S500；否则重复步骤S200-步骤S400，直至sc≥20%。
在本发明的实施例中，无氧毒性物质测试溶液中包括试剂A、试剂B、试剂C和毒性物质标准溶液，例如，包括4毫升试剂A+4毫升试剂B+2毫升试剂C+50毫升毒性物质标准溶液，总反应体系60毫升。其中，试剂A主要成分为大量元素，含氯化钠、氯化钾等渗透压调节盐类以及pH缓冲物质，试剂B主要成分为有机底物，为测试提供有机底物，试剂C主要成分为微量元素和维生素。其中，初始反应体系中有机底物的浓度可以为0.1mmol/L-4mmol/L。大量元素：氯化钠的浓度可以为20mmol/L-80mmol/L；氯化钾的浓度可以为0.1mmol/L-2mmol/L；氯化铵的浓度可以为0.5mmol/L-5mmol/L。pH缓冲物质：HEPES的浓度可以为10mmol/L-30mmol/L。微量元素：MgSO4的浓度可以为10mg/L-50mg/L；MnSO4·H2O的浓度可以为1mg/L-5mg/L，FeSO4·7H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，CoCl2· 6H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，Na2MoO4·2H2O的浓度可以为0.05mg/L-0.5mg/L。上述无氧毒性物质测试溶液中包括毒性物质，毒性物质的浓度为0.05mg/L-2.0mg/L（优选0.3mg/L），毒性物质包括铜离子、锌离子和铅离子中的至少一种。
根据本发明的一些具体实施例，以恒定的流速向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液，其流速可以为1mL/min-15mL/min，波动幅度不超过±5%；向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液的时间可以为10min-100min。
为了确保毒性物质测试溶液处于无氧状态，根据本发明的一些具体实施例，在将无氧毒性物质测试溶液充入厌氧活性生物膜传感器之前，以恒定的流速向无氧毒性物质测试溶液中充入氮气（例如高纯氮气），氮气的流速可以为50mL/min-500mL/min，波动幅度不超过±20%；通氮气的时间可以维持在10min以上。同时，还可以控制无氧毒性物质测试溶液的温度为25±1℃。
S500：对待测地下水试样进行生物毒性检测；
在该步骤中，向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样，以便对待测地下水试样进行生物毒性检测。在充入待测地下水试样结束前，获取厌氧活性生物膜传感器的电流I3；例如，传感器充液过程结束前3min，读取传感器电流信号，每10秒读取1次，3min电流平均值作为传感器电流值I3。
计算待测地下水试样的抑制率N=（I0-I3）/I0*100%。当N≤-20%时，判定待测地下水试样的水质富营养化；当-20%<N≤20%之间时，判定待测地下水试样的水质正常；当20%<N≤50%之间时，判定待测地下水试样的水质有轻度毒性；当50%<N<80%之间时，判定待测地下水试样的水质有重度毒性；当N≥80%时，判定待测地下水试样的水质有剧毒。上述生物毒性监测指标，比当前的理化分析方法指标更能直接反应地下水体对生物的毒性效应。
在本发明的实施例中，待测地下水试样中包括试剂A、试剂B、试剂C和初始地下水试样。例如包括4毫升试剂A+ 4毫升试剂B+ 2毫升试剂C+50毫升初始地下水试样，总反应体系60毫升。试剂A主要成分为大量元素，含氯化钠、氯化钾等渗透压调节盐类以及pH缓冲物质，试剂B主要成分为有机底物，为测试提供有机底物，试剂C主要成分为微量元素和维生素。其中，初始反应体系中有机底物的浓度可以为0.1mmol/L-4mmol/L。大量元素：氯化钠的浓度可以为20mmol/L-80mmol/L；氯化钾的浓度可以为0.1mmol/L-2mmol/L；氯化铵的浓度可以为0.5mmol/L-5mmol/L。pH缓冲物质：HEPES的浓度可以为10mmol/L-30mmol/L。微量元素：MgSO4的浓度可以为10mg/L-50mg/L；MnSO4·H2O的浓度可以为1mg/L-5mg/L，FeSO4·7H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，CoCl2· 6H2O的浓度可以为0.1mg/L-1mg/L，Na2MoO4·2H2O的浓度可以为0.05mg/L-0.5mg/L。
根据本发明的一些具体实施例，以恒定的流速向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样，其流速可以为1mL/min-15mL/min，波动幅度不超过±5%；向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的时间可以为10min-100min。
为了确保待测地下水试样处于无氧状态，根据本发明的一些具体实施例，在将待测地下水试样充入厌氧活性生物膜传感器之前，以恒定的流速向待测地下水试样中充入氮气（例如高纯氮气），氮气的流速可以为50mL/min-500mL/min，波动幅度不超过±20%；通氮气的时间可以维持在10min以上。同时，还可以控制待测地下水试样的温度为25±1℃。
根据本发明的一些具体实施例，在步骤S100中，包括2个厌氧活性生物膜传感器；在步骤S200-步骤S400中，分别获取2个厌氧活性生物膜传感器的电流，2个厌氧活性生物膜传感器的质控测试抑制率dz1、毒性物质测试抑制率sc均需要满足dz1在±10%之间、sc≥20%；在步骤S500中，向其中一个厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样，获取厌氧活性生物膜传感器的电流I3；同时向另一个厌氧活性生物膜传感器中充入空白试样，获取厌氧活性生物膜传感器的电流I4，计算dz2=（I0-I4）/I0*100%，要求dz2在±10%范围内，否则当次的试样测试数据N无效。由此，传感器校正、质控测试、毒性物质测试均可同时做两组，需要两组测试均满足要求才能进行下一步，且地下水试样测试中设置了空白试样，进一步提高了测试结果的准确性。
另外，如果其中一个厌氧活性生物膜传感器测试待测地下水试样时，遇到极端毒性试样导致厌氧活性生物膜传感器失效时，则启动另一个厌氧活性生物膜传感器再次测试待测地下水试样，若两次均出现高抑制率报警或者导致厌氧活性生物膜传感器失效，则直接判定待测地下水试样的水质有剧毒。
其中，空白试样包括试剂A、试剂B、试剂C和纯净水，例如，包括4毫升试剂A+4毫升试剂B+2毫升试剂C+50毫升纯净水，总反应体系60毫升。
作为一些优选的方案，上述无氧校正溶液、无氧质控测试溶液和空白试样中包含的各组分以及各组分的浓度均相同，上述无氧毒性物质测试溶液和待测地下水试样中包含的试剂A、试剂B、试剂C的种类以及浓度均与无氧校正溶液中包含的试剂A、试剂B、试剂C的种类以及浓度均相同。由此，确保了校正、质控测试、毒性物质测试和待测地下水试样测试等各个测试过程的一致性，从而进一步提高了测试结果的准确性。
作为再一些优选的方案，向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的时间均相等。由此，确保了校正、质控测试、毒性物质测试和待测地下水试样测试等各个测试过程的一致性，从而进一步提高了测试结果的准确性。
正常情况下，反应体系中含有维持传感器中微生物正常工作的有机底物，在非传感器充液过程中，传感器中微生物以较低的代谢速度保持，大部分微生物处于低有机底物休眠状态，输出电流极小，小于0.01mA（如图2中的线段OA）；在此休眠状态下，若向传感器中充液（即进入传感器充液过程），传感器中微生物会被迅速激活，输出电流迅速升高到0.1mA以上，出现输出电流充液升高起始点（如图2中的点A），随着充液不断的进行，传感器中的有机底物浓度逐渐稳定，传感器中微生物反应速度逐渐饱和之后，此时出现输出电流平衡（1min内每10s采集一次输出电流，1min输出电流波动不超过±5%即为达到平衡）起始点（如图2中的点B）；在停止充液后，会因连续输入的有机底物流中断，传感器输出电流呈现急剧下降转折点（如图2中的点C），接着在短时间内输出电流出现非充液电流点（如图2中的点D），D点的输出电流≤0.1*C点的输出电流。
当充液5min以内传感器输出电流达到平衡（即A至B的时间小于等于5min）、且停止充液1min内输出电流下降超过90%（即C至D的时间小于等于1min），则可视为传感器处于高灵敏状态。保证每次传感器充液前的输出电流，可以让传感器中微生物对反应体系中有毒物质更敏感。
反应体系中有机底物浓度不可过高、也不可过低。过高时，停止充液后传感器中有机底物过饱和，需要很长时间才能消耗，使得C至D的时间超过1min、且需要60min或更长时间（此过程时间过长会导致检测间隔变长、降低测试效率）才能使输出电流小于0.01mA，同时，过高的浓度可能导致杂菌滋生，导致测试过程异常。过低时，会导致传感器中微生物长期处于低有机底物状态，部分微生物开始逐渐因缺少有机底物而死亡，使得检测时输出电流过低，易受噪声信号干扰导致测试异常。
本发明通过以下过程来达到以上效果：
第一，控制反应体系中有机底物浓度与传感器中目标微生物量（固定在生物电极载体上）呈正比。例如，载体为厚度0.1cm的碳布，1cm2的载体微生物量对应0.1mmol/L-4mmol/L的有机底物（如乙酸钠、乳酸钠等），2cm2的载体微生物量对应0.2mmol/L-8mmol/L的有机底物。需要说明的是，1cm2载体的微生物量约为106-108。
第二，控制各测试过程的无氧循环流时间（即传感器充液时间）。循环时间越长反应也就越充分，可检测更低浓度的有毒物质，因此在保证输出电流稳定的前提下需要确保合理的循环测试时间。但循环时间太长，体系中有机底物浓度会逐渐降低，最终降低超过需求的最低底物浓度，从而出现反应后期因有机底物不足而导致的输出电流降低，从而难以计算由体系中有毒物质导致输出电流降低的量。因此，向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的时间各自独立地为10min-100min。优选地，向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液的时间、向厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的时间均相等。
由此，基于对低浓度有机底物、充液循环时间的控制，进一步提高了该方法的毒性检测灵敏度。
优选地，在步骤S200-S500中，相邻两次充液的间隔时间为10min-24h。由此，基于对低浓度有机底物、充液循环时间以及相邻两次充液的间隔时间的共同控制，进一步提高了该方法的毒性检测灵敏度。
根据本发明实施例的地下水水质生物毒性在线监测方法，至少具有以下优点：
1、该方法以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
2、增加了生物毒性监测指标，比当前的理化分析方法指标更能直接反应地下水体对生物的毒性效应。
3、基于对低浓度有机底物以及充液循环时间的控制，进一步提高了该方法的毒性检测灵敏度。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种实施以上实施例方法的装置。根据本发明的实施例，参考附图3，装置包括：至少一个厌氧活性生物膜传感器1（可以简称传感器），厌氧活性生物膜传感器1中设有生物电极，生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体；至少一个第一两通阀2，第一两通阀2分别与厌氧活性生物膜传感器1、第一排废装置3相连；至少一个第一蠕动泵4，第一蠕动泵4的一端与第一两通阀2相连；至少一个第二两通阀6，第一蠕动泵4的另一端与第二两通阀6相连；至少一个配液杯5，配液杯5分别与厌氧活性生物膜传感器1、第二两通阀6相连；至少一个第二蠕动泵7，第二蠕动泵7的一端与配液杯5相连，第二蠕动泵7的另一端与第二排废装置9相连；至少一个氮气供应装置8，氮气供应装置8与配液杯5相连；配液单元，配液单元与配液杯5相连；系统控制单元10，系统控制单元10通过电信号分别与第一两通阀2、第一蠕动泵4、第二两通阀6、第二蠕动泵7和配液单元相连；信号采集及数据处理单元11，信号采集及数据处理单元11与厌氧活性生物膜传感器1相连。由此，采用上述装置能够实现地下水水质生物毒性在线监测，该装置以厌氧活性微生物为受试对象，测试的整个过程均在无氧的环境下进行，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
其中，厌氧活性生物膜传感器1包括上壳体、下壳体、电极组、附着有厌氧活性微生物的生物膜载体、进水管、出水管以及各部件连接、密封所需的螺钉、密封圈等。系统控制单元10用于负责自动控制装置各零部件按照设置的程序自动执行测试。配液单元用于完成测试试剂配制、试样预处理。厌氧活性生物膜传感器1、第一两通阀2、第一蠕动泵4、第二两通阀6、第二蠕动泵7、配液杯5和氮气供应装置8等相互配合共同用于完成传感器校正、质控测试、毒性物质测试以及地下水试样测试。信号采集及数据处理单元11负责采集传感器信号并对信号进行处理、运算最后输出检测结果。
根据本发明的一些具体实施例，厌氧活性生物膜传感器1、第一两通阀2、第一蠕动泵4、第二两通阀6、第二蠕动泵7、配液杯5和氮气供应装置8的个数均为2个，由此，传感器校正、质控测试、毒性物质测试均可同时做两组，需要两组测试均满足要求才能进行下一步，且地下水试样测试中设置了空白试样，进一步提高了测试结果的准确性。
根据本发明的再一些具体实施例，配液杯5上设有加热单元（例如加热丝），当配液杯5中的试剂的温度低于预设值（例如25±1℃）时，启动加热单元加热，超过预设温度则停止加热。
根据本发明的又一些具体实施例，配液单元包括多通阀12、多个试剂存储装置14和第三蠕动泵13，多通阀12分别与第三蠕动泵13、多个试剂存储装置14相连，系统控制单元10与多通阀12相连。试剂存储装置14用于负责存储各种试剂，保证试剂有效期不少于1个月。可根据测试过程所需溶液的不同控制多通阀12接通哪几个试剂存储装置14，以使这几种试剂进入配液杯5，得到所需溶液。例如，在对厌氧活性生物膜传感器1进行校正的过程中，需要无氧校正溶液，此时多通阀12分别接通储存试剂A、试剂B、试剂C和纯净水的试剂存储装置14，在第三蠕动泵13的作用下，这几种试剂从试剂存储装置14中进入配液杯5中，用于配制得到无氧校正溶液。
另外，多通阀12和第三蠕动泵13之间还设有计量管15，计量管15还设有感应开关G1和G2。还设有第三排废装置16，第三排废装置16与多通阀12相连，用于清洗多通阀12。
附图3中，线型X表示信号线，线型Y表示液体流路，线型Z表示氮气流路。
参考附图3，采用上述装置实施地下水水质生物毒性在线监测方法的具体过程包括：
传感器校正工作流程：
1）配液单元依次向2个配液杯中加入等量的无氧校正溶液。2个配液杯分别为第一个配液杯和第二个配液杯。2个传感器分别为第一个传感器和第二个传感器。无氧校正溶液的成分如前，在此不再赘述。
2）无氧处理、温度控制。启动加热单元控制配液杯中溶液温度在预设温度，同时向2个配液杯中通入高纯氮气（高纯氮气的纯度≥99.5%），维持时间≥10min。
3）管路填充。启动第一个第一蠕动泵从两个配液杯中抽取溶液，其中第一个第二两通阀可自动切换从第一个配液杯或第二个配液杯中抽取溶液，管路填充的溶液经第一个第一两通阀的第一排废装置排出；同时，启动第二个第一蠕动泵从两个配液杯中抽取溶液，第二个第二两通阀可自动切换从第一个配液杯或第二个配液杯中抽取溶液，管路填充的溶液经第二个第一两通阀的第一排废装置排出。
4）传感器充液。第一个第二两通阀和第二个第二两通阀分别切换至第一个配液杯、第二个配液杯，启动第一个第一蠕动泵和第二个第一蠕动泵抽取溶液，第一个第一两通阀和第二个第一两通阀分别切换至2个传感器方向，此时第一个配液杯中的无氧校正溶液充入第一个传感器中，第二个配液杯中的无氧校正溶液充入第二个传感器中，传感器采用下方进溶液、上方溢出溶液的方式，第一个传感器、第二个传感器上方溢出溶液分别回流至第一个配液杯、第二个配液杯中，如此形成两通道传感器的溶液循环。整个溶液循环过程中，以恒定的流速通入高纯氮气，流速可在50-500mL/min之间，波动幅度不超过±20%。第一个第一蠕动泵和第二个第一蠕动泵以恒定的流速抽取无氧校正溶液，流速可在1-15mL/min之间，波动幅度不超过±5%。传感器充液时间可设置为30-60min。
5）传感器信号采集与处理。传感器充液过程结束前3min，读取传感器电流信号，每10秒读取1次，3min电流平均值作为传感器电流值，第一个传感器、第二个传感器的电流值分别记为I0-1和I0-2。
6）排空管路、配液杯。第一个第一两通阀和第二个第一两通阀切换至排废液方向，第一个第一蠕动泵和第二个第一蠕动泵反转将管路中溶液抽取至配液杯中从而排空管路。启动第一个第二蠕动泵和第二个第二蠕动泵，排空第一个配液杯、第二个配液杯。
7）清洗管路、配液杯。配液单元依次向第一个配液杯、第二个配液杯中加入足量的清洗剂，吹氮气1min，启动第一个第二蠕动泵和第二个第二蠕动泵，排空第一个配液杯、第二个配液杯。配液单元依次向第一个配液杯、第二个配液杯中加入足量的纯净水，吹氮气1min，启动第一个第二蠕动泵和第二个第二蠕动，排空第一个配液杯、第二个配液杯。
质控测试（零点测试）工作流程：
1）配液单元分别向第一个配液杯、第二个配液杯中加入无氧质控测试溶液。无氧质控测试溶液的成分如前，在此不再赘述。
2）~4）步骤同上。
5）传感器信号采集与处理，同上，分别记为I1-1和I1-2。
6）~7）步骤同上。
质控测试（毒性物质测试）工作流程：
1）配液单元分别向第一个配液杯、第二个配液杯中加入等量的无氧毒性物质测试溶液。无氧毒性物质测试溶液的成分如前，在此不再赘述。
2）~4）步骤同上。
5）传感器信号采集与处理，同上，分别记为I2-1和I2-2。
6）~7）步骤同上。
试样测试工作流程：
1）配液单元依次向第一个配液杯中加入待测地下水试样，第二个配液杯中加入空白试样。待测地下水试样和空白试样的成分如前，在此不再赘述。
2）~4）步骤同上。
5）传感器信号采集与处理，同上，分别记为I3和I4。
6）~7）步骤同上。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种以上实施例的方法在地下水水质生物毒性监测中的用途。由此，通过将地下水水质生物毒性在线监测方法用于地下水水质生物毒性监测中，解决了当前采用好氧型生物测试需水样充氧处理导致测试结果不准确的问题，从而提高了测试结果的准确性。
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1
包括如下的步骤：
步骤1：基于厌氧活性生物膜传感器1制作
1）组装传感器，生物电极载体选择1cm*1cm*0.1cm碳布，接种厌氧活性微生物，在500mL新鲜培养液（主要成分：乙酸钠浓度为5mmol/L，大量元素氯化钠浓度为50mmol/L、氯化钾1mmol/L、氯化铵2.5mmol/L，pH缓冲物质HEPES为15mmol/L，微量元素MgSO4的浓度为20mg/L，MnSO4•H2O的浓度为3mg/L，FeSO4•7H2O的浓度为0.5mg/L、CoCl2•6H2O的浓度为0.5mg/L、Na2MoO4•2H2O的浓度为0.2mg/L。）中加入实验室种源电池出水，Geobacter地杆菌、Oscillibacter喉杆菌、Pseudomonas假单胞菌、Shewanella希瓦氏菌、Azospirillum固氮螺菌、Acinetobacter不动杆菌种源每种取100mL出水与500mL新鲜培养液混合，通入高纯氮气（纯度≥99.5%），维持时间≥10min后加入传感器中，密封进水口、出水口，置于25℃培养箱中，启动生物膜驯化。
2）定时监测传感器输出的电信号，当电信号低于0.001mA时更换新鲜培养液（使用前已通入高纯氮气处理），更换培养液3次后最后一次更换培养液后的第0.5-2h，若传感器电信号平均值为0.25mA之间，且此期间最大电流、最小电流与电流平均值之间偏差不超过±10%，则判定传感器制作完成。
步骤2：水质生物毒性在线监测装置搭建
1）参考附图3，该装置包括2个厌氧活性生物膜传感器1（可以简称传感器），厌氧活性生物膜传感器1中设有生物电极，生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体；2个第一两通阀2，第一两通阀2分别与厌氧活性生物膜传感器1、第一排废装置3相连；2个第一蠕动泵4，第一蠕动泵4的一端与第一两通阀2相连；2个第二两通阀6，第一蠕动泵4的另一端与第二两通阀6相连；2个配液杯5，配液杯5分别与厌氧活性生物膜传感器1、第二两通阀6相连；2个第二蠕动泵7，第二蠕动泵7的一端与配液杯5相连，第二蠕动泵7的另一端与第二排废装置9相连；2个氮气供应装置8，氮气供应装置8与配液杯5相连；配液单元，配液单元与配液杯5相连；系统控制单元10，系统控制单元10通过电信号分别与第一两通阀2、第一蠕动泵4、第二两通阀6、第二蠕动泵7和配液单元相连；信号采集及数据处理单元11，信号采集及数据处理单元11与厌氧活性生物膜传感器1相连。配液单元包括多通阀12、多个试剂存储装置14和第三蠕动泵13，多通阀12分别与第三蠕动泵13、多个试剂存储装置14相连，系统控制单元10与多通阀12相连。参考附图3连接水质生物毒性在线监测装置管路、线路，放置测试试剂等。
2）初始反应体系中有机底物为0.1mmol/L的乙酸钠溶液，无氧循环流时间（也是传感器充液时间）设置为30min，前一次充液停止至下次充液开始的间隔时间为15min。
步骤3：传感器校正工作流程
1）配液单元依次向2个配液杯中加入等量的无氧校正溶液。2个配液杯分别为第一个配液杯和第二个配液杯。2个传感器分别为第一个传感器和第二个传感器。无氧校正溶液的成分包括4毫升试剂A+ 4毫升试剂B + 2毫升试剂C +50毫升纯净水，总反应体系60毫升。试剂A主要成分为大量元素，含氯化钠、氯化钾等渗透压调节盐类以及pH缓冲物质；试剂B主要成分为有机底物，为测试提供有机底物；试剂C主要成分为微量元素、维生素。初始反应体系中有机底物（乙酸钠）浓度为0.1mmol/L，大量元素氯化钠浓度为50mmol/L、氯化钾的浓度为1mmol/L、氯化铵的浓度为2.5mmol/L，pH缓冲物质HEPES的浓度为15mmol/L，微量元素MgSO4的浓度为20mg/L，MnSO4•H2O的浓度为3mg/L，FeSO4•7H2O的浓度为0.5mg/L、CoCl2•6H2O的浓度为0.5mg/L、Na2MoO4•2H2O的浓度为0.2mg/L。
2）无氧处理、温度控制。启动加热单元控制配液杯中溶液温度在25±1℃，同时向2个配液杯中通入高纯氮气（高纯氮气的纯度≥99.5%），维持10min。
3）管路填充。启动第一个第一蠕动泵从两个配液杯中抽取溶液，其中第一个第二两通阀可自动切换从第一个配液杯或第二个配液杯中抽取溶液，管路填充的溶液经第一个第一两通阀的第一排废装置排出；同时，启动第二个第一蠕动泵从两个配液杯中抽取溶液，第二个第二两通阀可自动切换从第一个配液杯或第二个配液杯中抽取溶液，管路填充的溶液经第二个第一两通阀的第一排废装置排出。
4）传感器充液。第一个第二两通阀和第二个第二两通阀分别切换至第一个配液杯、第二个配液杯，启动第一个第一蠕动泵和第二个第一蠕动泵抽取溶液，第一个第一两通阀和第二个第一两通阀分别切换至2个传感器方向，此时第一个配液杯中的无氧校正溶液充入第一个传感器中，第二个配液杯中的无氧校正溶液充入第二个传感器中，传感器采用下方进溶液、上方溢出溶液的方式，第一个传感器、第二个传感器上方溢出溶液分别回流至第一个配液杯、第二个配液杯中，如此形成两通道传感器的溶液循环。整个溶液循环过程中，以恒定的流速通入高纯氮气，流速可在200mL/min之间，波动幅度不超过±20%。第一个第一蠕动泵和第二个第一蠕动泵以恒定的流速抽取无氧校正溶液，流速可在5mL/min之间，波动幅度不超过±5%。传感器充液时间可设置为30min。
5）传感器信号采集与处理。传感器充液过程结束前3min，读取传感器电流信号，每10秒读取1次，3min电流平均值作为传感器电流值，第一个传感器、第二个传感器的电流值分别记为I0-1和I0-2。
6）排空管路、配液杯。第一个第一两通阀和第二个第一两通阀切换至排废液方向，第一个第一蠕动泵和第二个第一蠕动泵反转将管路中溶液抽取至配液杯中从而排空管路。启动第一个第二蠕动泵和第二个第二蠕动泵，排空第一个配液杯、第二个配液杯。
7）清洗管路、配液杯。配液单元依次向第一个配液杯、第二个配液杯中加入足量的清洗剂，吹氮气1min，启动第一个第二蠕动泵和第二个第二蠕动泵，排空第一个配液杯、第二个配液杯。配液单元依次向第一个配液杯、第二个配液杯中加入足量的纯净水，吹氮气1min，启动第一个第二蠕动泵和第二个第二蠕动，排空第一个配液杯、第二个配液杯。
步骤4：质控测试（零点测试）工作流程
1）配液单元分别向第一个配液杯、第二个配液杯中加入无氧质控测试溶液。无氧质控测试溶液包括4毫升试剂A+ 4毫升试剂B + 2毫升试剂C +50毫升纯净水。各成分浓度同无氧校正溶液。
2）~4）步骤同上。
5）传感器信号采集与处理，同上，分别记为I1-1和I1-2。
6）~7）步骤同上。
步骤5：质控测试（毒性物质测试）工作流程
1）配液单元分别向第一个配液杯、第二个配液杯中加入等量的无氧毒性物质测试溶液。无氧毒性物质测试溶液包括4毫升试剂A+ 4毫升试剂B + 2毫升试剂C +50毫升毒性物质标准溶液。各成分浓度同无氧校正溶液。毒性物质采用0.3mg/L的铜离子Cu2+。
2）~4）步骤同上。
5）传感器信号采集与处理，同上，分别记为I2-1和I2-2。
6）~7）步骤同上。
步骤6：试样测试工作流程
1）配液单元依次向第一个配液杯中加入4毫升试剂A、4毫升试剂B、2毫升试剂C、50毫升待测地下水试样，第二个配液杯中加入4毫升试剂A、4毫升试剂B、2毫升试剂C、50毫升纯净水。各成分浓度同无氧校正溶液。
2）~4）步骤同上。
5）传感器信号采集与处理，同上，分别记为I3和I4。
6）~7）步骤同上。
步骤7：数据计算
1）质控测试（零点测试）合格判定。分别计算两个传感器的零点测试抑制率，dz1-1=[(I0-1)-(I1-1)]/(I0-1)*100%，dz1-2=[(I0-2)-(I1-2)]/(I0-2)*100%，要求dz1-1、dz1-2大小均在±10%之间，否则需重新校正传感器后测试。
2）质控测试（毒性物质测试）合格判定。分别计算两个传感器的毒性物质测试抑制率，sc-1=[(I0-1)-(I2-1)]/(I0-1)*100%，sc-2=[(I0-2)-(I2-2)]/(I0-2)*100%，要求sc-1、sc-2大小均≥20%，否则需重新校正传感器后测试。
3）以上质控测试均合格后，方能开始试样测试。试样测试抑制率计算公式为N=[(I0-1)-I3]/(I0-1)*100%，试样测试过程质控dz2=[(I0-2)-I4]/(I0-2)*100%，要求dz2在±10%之间否则当次的试样测试数据无效，需重新测试。当N≤-20%之间时，判定试样富营养化；当-20%<N≤20%之间时，判定试样水质正常；当20%<N≤50%之间时，判定试样水质有轻度毒性；当50%<N<80%之间时，判定试样水质有重度毒性；当N≥80%时，判定试样水质有剧毒。
实施例2
初始反应体系中有机底物（乙酸钠）的浓度为1.0mmol/L，无氧循环时间30min，其他同上。
实施例3
初始反应体系中有机底物（乙酸钠）的浓度为2.0mmol/L，无氧循环时间30min，其他同上。
实施例4
初始反应体系中有机底物（乙酸钠）的浓度为2.0mmol/L，无氧循环时间60min，其他同上。
测试梯度浓度毒性物质标准溶液试样，试样抑制率≥20%记为毒性报警，每种浓度测10次，毒性报警次数≥9次记为能响应该浓度，记录各实施例对梯度浓度铜离子报警次数，结果如表1所示。
表1 各实施例测试梯度浓度铜离子Cu2+标准溶液试样毒性报警次数
从表1中可看出，本发明实施例1-4对铜离子Cu2+响应灵敏，0.5mg/L及以上浓度均能响应，更低的有机物浓度、延长无氧循环时间都能在一定程度上提高灵敏度。
实施例5
将实施例2的设备及测试方法应用于某地下水站，监测地下约100m垂直高度的深层地下水，安装本发明实施例2的水质生物毒性在线监测装置，稳定运行3个月获得72有效结果数据，将这些数据与该站常规理化因子测试对应时间段的数据进行比对分析，结果如图4-图9所示。
从图4中可以看出，水质生物毒性在线监测装置的测试数据与碘化物测试数据呈正相关性（r=0.4017，p＜0.0001）；从图5中可以看出，水质生物毒性在线监测装置的测试数据与CODmn（高锰酸盐指数）测试数据呈负相关性（r=-0.6017，p＜0.0001）；从图6中可以看出，水质生物毒性在线监测装置的测试数据与氨氮测试数据呈负相关性（r=-0.5517，p＜0.0001） ；从图7中可以看出，水质生物毒性在线监测装置的测试数据与总重金属测试数据呈正相关性（r=0.2019，p＜0.01）；从图8中可以看出，水质生物毒性在线监测装置的测试数据与氟化物测试数据呈负相关性（r=-0.4829，p＜0.0001）；从图9中可以看出，水质生物毒性在线监测装置的测试数据与硝酸盐测试数据呈负相关性（r=-0.4611，p＜0.0001）。上述结果表明：本发明的水质生物毒性在线监测装置测试数据与理化因子测试数据相关性较强，在一定条件下，可作为水质综合指标用于水质判定。
（1）本发明的水质生物毒性在线监测装置的测试数据与多个理化因子（碘化物、CODmn（高锰酸盐指数）、氨氮、硝酸盐、氟化物以及总重金属）在线监测数据具有极强的相关性（如图4-图9）。说明在该应用现场，本发明的水质生物毒性在线监测仪数据可以作为水质综合指标表征水质状况。
（2）本发明的水质生物毒性在线监测装置的数据与CODmn（高锰酸盐指数）、氨氮、硝酸盐等水质营养指标呈负相关关系，即这类营养物质可促进微生物生长，表现为随着试样中这些营养物质浓度的升高，试样的生物毒性抑制率会降低；本发明的水质生物毒性在线监测装置的数据与碘化物、总重金属等水质毒性污染指标呈正相关关系，即这类毒性物质可抑制微生物生长，表现为随着试样中这些毒性物质浓度的升高，试样的生物毒性抑制率会升高。说明，本发明的水质生物毒性在线监测装置的数据可以作为表征水质出现营养化或者存在毒性污染。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种地下水水质生物毒性在线监测方法，其特征在于，包括：
（1）在无氧培养液中对生物电极进行培养，所述生物电极包括附着有厌氧活性微生物的生物膜载体，以得到厌氧活性生物膜传感器；
（2）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入无氧校正溶液，以便对所述厌氧活性生物膜传感器进行校正；
（3）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入无氧质控测试溶液，以便对所述厌氧活性生物膜传感器进行质控测试；
（4）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入无氧毒性物质测试溶液，以便对所述厌氧活性生物膜传感器进行毒性物质测试；
（5）向所述厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样，以便对所述待测地下水试样进行生物毒性检测；
在步骤（2）中，在充入所述无氧校正溶液结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I0；在步骤（3）中，在充入所述无氧质控测试溶液结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I1；计算所述厌氧活性生物膜传感器的质控测试抑制率dz1=（I0-I1）/I0*100%，当dz1在±10%之间时，继续步骤（4）；否则重复步骤（2）-步骤（3），直至dz1在±10%之间；
在步骤（4）中，在充入所述无氧毒性物质测试溶液结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I2；计算所述厌氧活性生物膜传感器的毒性物质测试抑制率sc=（I0-I2）/I0*100%，当sc≥20%时，继续步骤（5）；否则重复步骤（2）-步骤（4），直至sc≥20%；
在步骤（5）中，在充入所述待测地下水试样结束前，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I3；计算所述待测地下水试样的抑制率N=（I0-I3）/I0*100%；
所述无氧校正溶液中、所述无氧质控测试溶液中、所述无氧毒性物质测试溶液中、所述待测地下水试样中均包括有机底物，基于所述厌氧活性生物膜传感器中的所述厌氧活性微生物的个数为106-108，所述无氧校正溶液中的有机底物的浓度、所述无氧质控测试溶液中的有机底物的浓度、所述无氧毒性物质测试溶液中的有机底物的浓度和所述待测地下水试样中的有机底物的浓度各自独立地为0.1mmol/L-4mmol/L；
向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧校正溶液的时间、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧质控测试溶液的时间、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧毒性物质测试溶液的时间、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的时间各自独立地为10min-100min；
在步骤（2）-（5）中，相邻两次充液的间隔时间为10min-24h。
2.根据权利要求1所述的地下水水质生物毒性在线监测方法，其特征在于，当N≤-20%时，判定所述待测地下水试样的水质富营养化；
当-20%<N≤20%之间时，判定所述待测地下水试样的水质正常；
当20%<N≤50%之间时，判定所述待测地下水试样的水质有轻度毒性；
当50%<N<80%之间时，判定所述待测地下水试样的水质有重度毒性；
当N≥80%时，判定所述待测地下水试样的水质有剧毒。
3.根据权利要求2所述的地下水水质生物毒性在线监测方法，其特征在于，在步骤（1）中，包括2个所述厌氧活性生物膜传感器；在步骤（2）-（4）中，分别获取2个所述厌氧活性生物膜传感器的电流，2个所述厌氧活性生物膜传感器的质控测试抑制率dz1、毒性物质测试抑制率sc均需要满足dz1在±10%之间、sc≥20%；
在步骤（5）中，向其中一个所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述待测地下水试样，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I3；同时向另一个所述厌氧活性生物膜传感器中充入空白试样，获取所述厌氧活性生物膜传感器的电流I4，计算dz2=（I0-I4）/I0*100%，要求dz2在±10%范围内，否则当次的试样测试数据N无效；
或者，如果其中一个所述厌氧活性生物膜传感器测试所述待测地下水试样时，遇到极端毒性试样导致所述厌氧活性生物膜传感器失效时，则启动另一个所述厌氧活性生物膜传感器再次测试所述待测地下水试样，若两次均出现高抑制率报警或者导致所述厌氧活性生物膜传感器失效，则直接判定所述待测地下水试样的水质有剧毒。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的地下水水质生物毒性在线监测方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述厌氧活性微生物包括地杆菌、喉杆菌、假单胞菌、希瓦氏菌、固氮螺菌和不动杆菌中的至少一种；
和/或，在步骤（1）中，在所述无氧培养液中对所述生物电极进行培养的过程中，定时监测所述厌氧活性生物膜传感器输出的电信号，当电信号低于0.001mA时更换无氧培养液，更换无氧培养液的次数不低于3次，且最后一次更换无氧培养液后的第0.5h-2h时间段内，若所述厌氧活性生物膜传感器的电信号在0.2mA-1.0mA之间，且最大电流、最小电流与电流平均值之间偏差不超过±10%，则判定所述厌氧活性生物膜传感器制作完成；
和/或，在步骤（4）中，所述无氧毒性物质测试溶液中包括毒性物质，所述毒性物质的浓度为0.05mg/L-2.0mg/L，所述毒性物质包括铜离子、锌离子和铅离子中的至少一种。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的地下水水质生物毒性在线监测方法，其特征在于，向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧校正溶液的流速、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧质控测试溶液的流速、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入所述无氧毒性物质测试溶液的流速、向所述厌氧活性生物膜传感器中充入待测地下水试样的流速各自独立地为1mL/min-15mL/min；
在将所述无氧校正溶液充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述无氧校正溶液中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min；
在将所述无氧质控测试溶液充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述无氧质控测试溶液中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min；
在将所述无氧毒性物质测试溶液充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述无氧毒性物质测试溶液中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min；
在将所述待测地下水试样充入所述厌氧活性生物膜传感器之前，向所述待测地下水试样中充入氮气，氮气的流速为50mL/min-500mL/min。
6.一种权利要求1~5中任一项所述的方法在地下水水质生物毒性监测中的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311766476.1A CN117448415B (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311766476.1A CN117448415B (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117448415A CN117448415A (zh) | 2024-01-26 |
| CN117448415B true CN117448415B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=89585820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311766476.1A Active CN117448415B (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117448415B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5674702A (en) * | 1994-01-28 | 1997-10-07 | Eniricerche S.P.A. | Determination of the toxicity of water using an anaerobic bacterial culture |
| CN105699459A (zh) * | 2016-03-12 | 2016-06-22 | 云南圣清环境监测科技有限公司 | 用于污水处理水质毒性预警的复合生物传感器的制备方法 |
| CN107345930A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-11-14 | 滨州学院 | 一种在线监测水中氨氮浓度的生物传感器 |
| CN107688046A (zh) * | 2017-07-24 | 2018-02-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 生物电化学系统在线毒性监测装置与监测方法 |
| CN113899792A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-07 | 秦皇岛天大环保研究院有限公司 | 一种用于重金属监测的系统及微生物电化学传感器 |
| CN116555085A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-08-08 | 中国科学院成都生物研究所 | 一种生物膜传感器及用其检测生物毒性的方法 |
| CN116818866A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-29 | 北京理工大学 | 一种即时检测水质生物毒性的方法及系统 |
| CN117147640A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 广东盈峰科技有限公司 | 制备微生物电化学传感器的方法、系统和用途 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0510709D0 (en) * | 2005-05-26 | 2005-06-29 | Cymtox Ltd | Water monitoring system |
| US11352272B2 (en) * | 2016-11-25 | 2022-06-07 | Sentry:Water Monitoring And Control Inc. | Bio-electrochemical sensor and method for optimizing performance of a wastewater treatment system |
-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311766476.1A patent/CN117448415B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5674702A (en) * | 1994-01-28 | 1997-10-07 | Eniricerche S.P.A. | Determination of the toxicity of water using an anaerobic bacterial culture |
| CN105699459A (zh) * | 2016-03-12 | 2016-06-22 | 云南圣清环境监测科技有限公司 | 用于污水处理水质毒性预警的复合生物传感器的制备方法 |
| CN107688046A (zh) * | 2017-07-24 | 2018-02-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 生物电化学系统在线毒性监测装置与监测方法 |
| CN107345930A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-11-14 | 滨州学院 | 一种在线监测水中氨氮浓度的生物传感器 |
| CN113899792A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-07 | 秦皇岛天大环保研究院有限公司 | 一种用于重金属监测的系统及微生物电化学传感器 |
| CN116555085A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-08-08 | 中国科学院成都生物研究所 | 一种生物膜传感器及用其检测生物毒性的方法 |
| CN116818866A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-29 | 北京理工大学 | 一种即时检测水质生物毒性的方法及系统 |
| CN117147640A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 广东盈峰科技有限公司 | 制备微生物电化学传感器的方法、系统和用途 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Microbial electrochemical sensor for water biotoxicity monitoring;Na Chu 等;Chemical Engineering Journal;20200919;第1-14页 * |
| 发光细菌在线监测水体污染研究进展;王颖 等;净水技术;20200925;第39卷(第9期);第11页1.2节部分、第12页右栏第1-2段、第13页4.1节部分，表1-2、4-5、第14页表5、第15页4.4.3节部分 * |
| 微生物传感器检测污染物生物毒性的研究;赵丽霞;万方学位论文数据库;20090902;第1-57页 * |
| 氨氮自动监测仪水样比对存在问题分析;褚海林 等;环境与发展;20191128(第11期);第124-125页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117448415A (zh) | 2024-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Practical field application of a novel BOD monitoring system | |
| CN102796660B (zh) | 用于水质在线监测的检测装置及水质在线监测方法 | |
| CN102608181B (zh) | 一种生化需氧量的检测方法 | |
| CN102798650B (zh) | 一种检测生化需氧量的方法及装置 | |
| CN102735812B (zh) | 一种生化需氧量的检测方法 | |
| US9423373B2 (en) | Method for detecting biochemical oxygen demand | |
| CN117147640B (zh) | 制备微生物电化学传感器的方法、系统和用途 | |
| EP1105726A1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING NO x? AND NITRIFICATION/DENITRIFICATION RATES IN BIOCHEMICAL PROCESSES | |
| EP1141702B1 (en) | Method for measuring nitrification rates in biochemical processes | |
| CN113899792A (zh) | 一种用于重金属监测的系统及微生物电化学传感器 | |
| CN103983753A (zh) | 可自检校正的活性污泥好氧呼吸测量装置及使用方法 | |
| CN117448415B (zh) | 地下水水质生物毒性在线监测方法、系统和用途 | |
| CN111443116A (zh) | 一种基于微生物燃料电池的毒性评价方法 | |
| JP6191404B2 (ja) | 汚泥活性度測定装置および汚泥活性度の測定方法 | |
| CN115639333A (zh) | 一种利用硝化生物反应检测氨氮含量的方法 | |
| CN211620509U (zh) | 一种污水处理系统中活性污泥好氧呼吸速率在线检测设备 | |
| KR19990081969A (ko) | 유체에서 생물학적 활성도를 모니터하기 위한방법 | |
| CN210953907U (zh) | 一种污水处理厂进水毒性在线检测装置 | |
| JP3505559B2 (ja) | 汚濁負荷量計 | |
| JP2004037273A (ja) | 水分析方法及び装置 | |
| KR100259469B1 (ko) | 생물폐수의생화학적산소요구량측정방법 | |
| CN215985844U (zh) | 一种用于重金属监测的系统 | |
| CN218146069U (zh) | 一种bod菌种连续培养驯化装置 | |
| CN101718736B (zh) | 在溶液体系中不除氧条件下的人工媒介体测定生物化学需氧量的方法 | |
| JP3567453B2 (ja) | 活性評価試験装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |