CN1326093A - 一种水质生态安全诊断与修/恢复的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种水质生态安全诊断与修/恢复的检测方法及装置,该方法是使点源和面源的总量污染水质通过检测试验装置内定量“分解者载体”的逐级作用,其挥发性和非挥发性物质对指示动植物、生产者和消费者的毒害影响程度,并与参照体系比较,获取系统数据,判断污染水质引起微观生态系统破坏的水平;本发明提供解决水质微观生态环境安全变化趋势的实用预警技术,并为污水的无序化灌溉所引起的食品不安全问题,以及有序化污水灌溉的生态无害化资源开发,提供防治和决策依据。

Description

一种水质生态安全诊断与修/恢复的检测方法及装置

本发明涉及生态环境净化和监测领域中的技术。更确切地说是关于水质微观生态环境安全信息变化趋势的检测方法及其使用的装置。

随着科学技术的进步，公众逐步意识到，人口增加，导致社会需求增长。使人口与资源和环境之间的矛盾日益加剧。如果人类不加快用可再生资源替代矿石资源发展世界经济的模式和步伐，则全球为之奋斗，积极进行生态保护和污染防治工作的努力始终都难以摆脱它的被动局面。力图促进生态环境进入正向演替、避免生态退化的目的在相当长的时期内也难以实现。目前国家实施的污染防治和生态保护并重的政策，在政策导向上起到了非常积极的作用。但是“达标排放”也是政策所允许的。这样一来，即使高浓度污染废(污)水在经济承受力范围内被治理之后，仍然有大量的工农业生活污染物日积月累地被排放到环境中去。世界调查资料证明，正是这类低浓度，难降解、有毒有害的污染物在生态系统中进行着无法控制的扩散、富集。给生态环境安全带来了诸如肿瘤、畸形发病率上升；以及环境雌激素污染导致生物的雌性化现象和人类男性生育率减退等各种潜在的、极其严重的后果。而且这种严重后果用常规的理化和生物监测方法又很难简单、全面系统地明了它的真象；用常规的治理方法处理，不但投资效益比巨大，且又难以达到预期的目的。致使科技界为之感到十分焦虑。

本发明的目的是填补现有技术的上述不足，提供一种水质生态安全诊断与修/恢复的检测方法及装置，解决水域和流域乃至国家之间的陆地水质微观生态环境安全变化趋势的实用预警技术，并为“达标”或“未达标排放”污水的无序化灌溉所引起的食品不安全问题，以及有序化污水灌溉的生态无害化资源开发，提供防治和决策依据。

本发明的目的是这样实现的：

一种水质生态安全诊断与修/恢复的检测方法，其特征是使点源和面源的总量污染水质通过检测试验装置内定量“分解者载体”的逐级作用，其挥发性和非挥发性物质对指示动植物、生产者和消费者的毒害影响程度，并与参照体系比较，获取系统数据，判断污染水质引起微观生态系统破坏的水平；

方法1，用排放口的定量污染水质和/或用“分解者载体材料坡”滤出的水质和“对照水质”分别注入实验组和对照组，在“分解者载体”中种植经济指示植物，待渗滤水同时注满各个系列实验组和对照组内的实验水生物观察箱时，放入符合实验标准的实验用水生物种；

方法2，遵照“干透浇透”的原则，待植物生长成熟后，制作成饲料，在另一制作的鱼缸内放入实验鱼种，将饲料喂养、适时的统计和分析检测参与实验之前和实验之后各类相关样品的数据，统计实验生物的生物学指标和检测生态、遗传、生殖毒理学指标，最后结合生态围隔实验场检测结果，获取系统全面的生态安全监测信息。

一种用于水质生态安全诊断与修/恢复检测的装置，该检测装置为生态围隔实验场检测实验装置，其构造为：

选择点/面源污水排放口一侧的水平位置，构筑多于3个台级的阶梯状载体，于底部和周围衬以不降解或难降解的防渗透无污染的建筑材料，上面铺以计量受试壤土，做成“分解者载体材料阶梯”，同时，于污水排放口的另一侧间隔一定距离构筑另一个相同的“分解者载体材料阶梯”作为对照，在“分解者载体材料阶梯”上种植相同的经济作物，前一个用计量污染水质浇灌渗滤；后一个用计量“对照”水质浇灌渗滤，生长出的经济作物喂饲草食性小型动物，同时观察、统计和检测经济作物的相应指标；检测土壤的生物指标和理化指标；分析动物的理化和生理生化指标；分析食物链和“分解者载体材料”的理化检测结果，其后用定量的动物体材料进一步做遗传毒理学、修/恢复毒理学和生殖毒理学指标的检测，获取系统数据。

一种用于水质生态安全诊断与修/恢复检测的装置，该装置为水质微观生态环境安全信息/承载力检测实验装置，其构造为：

用厚度为5至8毫米的普通玻璃或有机玻璃粘接成试验箱单元，由相同试验箱单元组成“梯状系列”，至少有一个系列做为“对照生态系统基准组”或/和一个“健康干涉生态系统组”，一至数个系列组作为“实验生态系统组”，实验介质的温度应该满足实验水生物种的生理需求特性。然后在装置的外部用玻璃或透明材料制作成的外罩的上部安放对“挥发性有害气体”敏感的动植物作为暴露生物体；顶部安装微压抽气泵，罩外气体由罩的底部向上流动，保持有微小的负压，整个检测装置内安装有必备的测量仪表包括干湿温度计、负压表等；

污染水质微观生态环境安全信息/承载力检测技术装置的操作方法：

(1).指标梯度差法：将系列生态实验装置内的调节孔关闭，在“受试生态系统组”和“对照生态系统组”内填入相应的、事先在标准条件下平衡、经标准目筛筛过后进行计量的“分解者载体”，然后种植饲料植物，统一用去离子水闭路循环式浇灌，达到“平衡”出苗为止，分析理化指标和记录生物指标，做为生态实验系统的初始基准值，然后，将相应的受试水质统一分析和计量后用方法1浇灌，待渗滤水将最后一级水生生物观测箱添满时，检测各阶梯中的各项理化和生物指标，在受试生态组具备指标梯度差之后，再放入受试水生生物暴露体，当受试生态系统组内各级各项指标的梯度差消失或直至受试水生生物出现了有统计学意义的生态毒理学症状及指标后，将待产的亲代转入待产缸，而后将亲代和子代生物分别移入装满去离子水的生物恢复观察箱中，进行生殖安全性指标和代际观察和检测，死亡后的水生物继续做遗传毒理学实验，获取系统数据；

(2).指标非梯度差法：将系列生态实验装置内的调节孔打开，遵照方法2“干透浇透”原则，检测实验前后的理化和生物样品数据，待饲料植物成熟后记录生物量，称取足够的、同等量的、同一制作方法的饲料植物，喂养已经注满渗滤水的动物作生殖安全实验观察箱内的水生动物。观察和检测相应的指标，然后观测和检测生态毒理学、生殖安全性指标，将受孕待产的受试水生动物的亲代和子代生物体分别放入用同样的去离子水养殖的箱内进行同上的观察实验，死亡后的水生物做遗传毒理学实验，获取系统数据。

本发明的目的还可以通过以下措施实现：

检测装置内的指示动、植物具备有不同水平的适度敏感性指标体系。

检测装置中的水流速度和过水面积，调节到即可以平衡于渗出的速度，又能够满足食物链“顶级”受试消费者的生物需求量。

检测装置内的理化技术指标能够满足生态效应指标的表达值，而生态效应指标又能系统而客观地表达污染水质的毒害水平。

检测装置中使用有定量的“分解者载体”的容器。

检测装置内的连续流动注入的水量应该大于蒸发量，且流动注入速度与渗出速度呈平衡状态；间断注入的水量应该遵循“干透浇透”的原则注入。

检测装置内的暴露介质温度应该满足实验生物的生理需求条件。

检测装置内的暴露生物体具备生态毒理、生殖毒理和恢复性系列观测和诊断功能。

本发明有以下积极有益的效果：

本发明是一种对污染水质进行微观生态环境安全诊断与修/恢复检测技术构件和装置，其特点是在点源排放位置和面源的特定断面构筑生态围隔技术构件，结合在室内安装的实验装置，建立科学的生态系统组织结构，根据污染水质对“分解者”、“生产者”和“消费者”的影响水平进行毒害与修/恢复性检测。判断各点源和面源污水对生态系统所造成的不安全程度与恢复的可能性。本发明提供了水质环境监测领域中“微观”生态环境监测和排污口污水生态净化检测的技术方法。同时，为生态安全提供了一种信息分析基础，为开发“水质生态信息产业”和“污水生态资源无害化产业”提供了一种实用的微观生态环境检测技术手段。是宏观生态监视监测的互补技术。可以为区域生态环境的健康演替提供防治技术和决策依据。

本发明设计出了既能获取生态安全信息、污染水质对生态环境的承载力的数据，又为目前世界范围内普遍存在的：即使“达标排放”，也存在的无组织污水(包括地下水污染)灌溉引起的潜在的食品不安全问题，提出了一个解决的新思路和监视性监测水质的生态环境预警技术，为使将来污水灌溉进入有序化管理和开发出①生态安全信息产业；②污水资源生态无害化利用产业。开创新的社会局面，奠定信息技术基础。从而逐步促使生态环境进入健康的演替过程。

现结合附图进行说明：

图1是本发明的生态围隔实验场检测装置的结构示意图，它包括A：实验生态系统组和B：对照生态系统组；

图2是本发明的水质微观生态环境安全/信息/承载力恢复检测实验装置的结构示意图；

图3是图1、图2中分解者载体材料箱和水生生物观测箱的结构示意图。

附图编号：

1.防渗透材料                  2.分解者载体材料箱

3.实验水质进口

301.点、面源(提升)水质        302.对照水质

4.亲代生殖毒理恢复性系列观测箱(设有xn-1、xn-2、xn-3……共xn组)

5.动物生殖安全性养殖箱        6.挥发性气体生物暴露载体

7.进气缝隙                    8.微压泵排气孔

9.水生生物观测箱              10.溢流孔

11调节孔                      12.滤析水缝

13.外密封罩

请参照图1图2图3，本发明的技术方案是：建立水质生态安全诊断的《实验室实验装置＋生态围隔实验场＋河流沟渠点、面源生态资源无害化开发工程》检测技术构件和技术指标。组成污水生态环境安全信息和资源无害化检测技术体系。

本发明的“生态围隔实验场检测实验装置”的结构是：选择点(面)源污水排放(提升)口一侧的水平位置。构筑长大于1米，宽大于0.4米的多于3个台级的阶梯状，于深度大于0.25～0.30米的底部和周围衬以不降解或难降解的防渗透无污染的建筑材料，上面铺以0.2～0.25米的计量受试壤土，做成“分解者载体材料阶梯”。同时，于侧旁[或污水排放(提升)口的另一侧]间隔一定距离构筑另一个相同的“分解者载体材料阶梯”，作为对照。在“分解者载体材料阶梯”上种植相同的经济作物，前一个用计量污染水质浇灌渗滤；后一个用“对照”水质浇灌渗滤，生长出的经济作物喂饲草食性小型动物。同时观察、统计和检测经济作物的相应指标；检测土壤的生物指标和理化指标；分析动物的理化和生理生化指标；分析食物链和“分解者载体材料”的理化检测结果。其后用定量的动物体材料进一步做遗传毒理学、修(恢)复毒理学和生殖毒理学指标的检测。该方法同样能够用于“河流沟渠点、面源生态资源无害化开发工程”中生态修(恢)复和无害化程度的检测。

本发明的“水质微观生态环境安全信息/承载力检测技术的实验装置”的结构是：用厚度为5至8毫米的普通玻璃或有机玻璃，按照长度大于25厘米；总宽度大于25厘米(分解者载体宽度大于15厘米；渗滤水实验用“水生物观察箱”宽度大于10厘米)；高度大于25厘米(渗滤实验“水生物观察箱”高度大于15厘米的尺寸粘接成试验箱单元。由相同试验箱单元组成“梯状系列”，至少有一个系列做为“对照生态系统基准组”或(和)一个“健康干涉生态系统组”，一至数个系列作为“实验生态系统组”。实验介质的温度应该满足实验水生物种的生理需求特性。然后在装置的外部用玻璃或透明材料制作成的外罩的上部安放对“挥发性有害气体”敏感的动植物作为暴露生物体；顶部安装微压抽气泵，罩外气体由罩的底部向上流动，以保持有微小的负压即可。整个检测装置内安装有必备的测量仪表如干湿温度计、负压表等。最后将全部实验装置安放于实验室内。与“生态围隔实验场检测技术”实施的同时进行：方法1，用排放口的定量污染水质或/和用“分解者载体”中种植经济指示植物。待渗滤水同时注满各个系列实验组和对照组内的实验水生物观察箱时，放入符合实验标准的实验用水生物种。方法2，遵照“干透浇透”的原则，待植物生长成熟后，制作成饲料，在另一制作的鱼缸内放入实验生物的生物学指标和检测生态、遗传、生殖毒理学指标。最后结合生态围隔实验场检测结果，获取系统全面的生态安全监测信息。

本发明的污染水质微观生态环境安全信息/承载力检测技术装置的操作方法与原则：

1.指标梯度差法(适用于点源和污染重的水质)：将系列生态实验装置内的调节孔关闭。在“受试生态系统组”和“对照生态系统组”内填入相应的、事先在标准条件下平衡、经标准目筛筛过后进行计量的“分解者载体”，然后种植饲料植物，统一用去离子水闭路循环式浇灌，达到“平衡”出苗为止，分析理化指标和记录生物指标，做为生态实验系统的初始基准值。然后，将相应的受试水质统一分析和计量后用方法1浇灌。待渗滤水将最后一级水生生物观测箱添满时，检测各阶梯中的各项理化和生物指标，在受试生态组具备指标梯度差之后，再放入受试水生生物暴露体。当受试生态系统组内各级各项指标的梯度差消失或直至受试水生生物出现了有统计学意义的生态毒理学症状及指标后，将待产的亲代转入待产缸，而后将亲代和子代生物分别移入装满去离子水的生物恢复观察箱中，进行生殖安全性指标和代际观察和检测。死亡后的水生物继续做遗传毒理学实验。

2.指标非梯度差法(适用于面源和污染轻的水质)：将系列生态实验装置内的调节孔打开，遵照方法2“干透浇透”原则，检测实验前后的理化和生物样品数据。待饲料植物成熟后记录生物量，称取足够的、同等量的、同一制作方法的饲料植物，喂养已经注满渗滤水的动物生殖安全实验观察箱内的水生动物。观察和检测相应的指标。然后观测和检测生态毒理学、生殖安全性指标。将受孕待产的受试水生动物的亲代和子代生物体分别放入同样的去离子水养殖的箱内进行同上的观察实验，死亡后的水生物做遗传毒理学实验，获取系统数据。

本发明的污水水质微观生态环境安全与修(恢)复性检测技术装置中的挥发性有害气体生物检测技术安装方法：先将用于指示有害气体的生物暴露体支架安装好，安装外密封罩，开启微压泵，观察和统计指示生物的多度和/或盖度和/或多样性等指标。

本发明的污染水质微观生态环境诊断性实验设计：按照生态系统实验设计为“清洁生态系统对照组”；“污染生态系统受试组”；

本发明的污染水质微观生态环境恢复性实验设计：在诊断实验设计基础上，用清洁生态系统水质恢复污染生态系统组，观察恢复指标和恢复时间。此组为“生态系统恢复组”。

本发明的污染水质微观生态环境修复性实验设计：在诊断实验设计基础上，用具有修复被破坏的生态系统功能的物质、材料、技术等融入实验生态系统组。观察修复指标和修复时间。此组为“生态系统修复组”。或为“生态系统健康干涉组”。

最后，结合“生态围隔实验场检测实验装置”和“水质微观生态环境安全与修(恢)复检测实验装置”的全部实验结果，统一分析生态安全信息。根据生态信息网络数据，分析区域生态安全信息。

Claims (10)

1.一种水质生态安全诊断与修/恢复的检测方法，其特征是使点源和面源的总量污染水质通过检测试验装置内定量“分解者载体”的逐级作用，其挥发性和非挥发性物质对指示动植物、生产者和消费者的毒害影响程度，并与参照体系比较，获取系统数据，判断污染水质引起微观生态系统破坏的水平；

方法1，用排放口的定量污染水质和/或用“分解者载体材料坡”滤出的水质和“对照水质”分别注入实验组和对照组，在“分解者载体”中种植经济指示植物，待渗滤水同时注满各个系列实验组和对照组内的实验水生物观察箱时，放入符合实验标准的实验用水生物种；

方法2，遵照“干透浇透”的原则，待植物生长成熟后，制作成饲料，在另一制作的鱼缸内放入实验鱼种，将饲料喂养、适时的统计和分析检测参与实验之前和实验之后各类相关样品的数据，统计实验生物的生物学指标和检测生态、遗传、生殖毒理学指标，最后结合生态围隔实验场检测结果，获取系统全面的生态安全监测信息。

2.一种用于水质生态安全诊断与修/恢复检测的装置，其特征在于：该检测装置为生态围隔实验场检测实验装置，其构造为：

选择点/面源污水排放口一侧的水平位置，构筑多于3个台级的阶梯状载体，于底部和周围衬以不降解或难降解的防渗透无污染的建筑材料，上面铺以计量受试壤土，做成“分解者载体材料阶梯”，同时，于污水排放口的另一侧间隔一定距离构筑另一个相同的“分解者载体材料阶梯”作为对照，在“分解者载体材料阶梯”上种植相同的经济作物，前一个用计量污染水质浇灌渗滤；后一个用计量“对照”水质浇灌渗滤，生长出的经济作物喂饲草食性小型动物，同时观察、统计和检测经济作物的相应指标；检测土壤的生物指标和理化指标；分析动物的理化和生理生化指标；分析食物链和“分解者载体材料”的理化检测结果，其后用定量的动物体材料进一步做遗传毒理学、修/恢复毒理学和生殖毒理学指标的检测，获取系统数据。

3.一种用于水质生态安全诊断与修/恢复检测的装置，其特征在于：该装置为水质微观生态环境安全信息/承载力检测实验装置，其构造为：

用厚度为5至8毫米的普通玻璃或有机玻璃粘接成试验箱单元，由相同试验箱单元组成“梯状系列”，至少有一个系列做为“对照生态系统基准组”或/和一个“健康干涉生态系统组”，一至数个系列组作为“实验生态系统组”，实验介质的温度应该满足实验水生物种的生理需求特性。然后在装置的外部用玻璃或透明材料制作成的外罩的上部安放对“挥发性有害气体”敏感的动植物作为暴露生物体；顶部安装微压抽气泵，罩外气体由罩的底部向上流动，保持有微小的负压，整个检测装置内安装有必备的测量仪表包括干湿温度计、负压表等；

污染水质微观生态环境安全信息/承载力检测技术装置的操作方法：

(1).指标梯度差法：将系列生态实验装置内的调节孔关闭，在“受试生态系统组”和“对照生态系统组”内填入相应的、事先在标准条件下平衡、经标准目筛筛过后进行计量的“分解者载体”，然后种植饲料植物，统一用去离子水闭路循环式浇灌，达到“平衡”出苗为止，分析理化指标和记录生物指标，做为生态实验系统的初始基准值，然后，将相应的受试水质统一分析和计量后用方法1浇灌，待渗滤水将最后一级水生生物观测箱添满时，检测各阶梯中的各项理化和生物指标，在受试生态组具备指标梯度差之后，再放入受试水生生物暴露体，当受试生态系统组内各级各项指标的梯度差消失或直至受试水生生物出现了有统计学意义的生态毒理学症状及指标后，将待产的亲代转入待产缸，而后将亲代和子代生物分别移入装满去离子水的生物恢复观察箱中，进行生殖安全性指标和代际观察和检测，死亡后的水生物继续做遗传毒理学实验，获取系统数据；

(2).指标非梯度差法：将系列生态实验装置内的调节孔打开，遵照方法2“干透浇透”原则，检测实验前后的理化和生物样品数据，待饲料植物成熟后记录生物量，称取足够的、同等量的、同一制作方法的饲料植物，喂养已经注满渗滤水的动物作生殖安全实验观察箱内的水生动物。观察和检测相应的指标，然后观测和检测生态毒理学、生殖安全性指标，将受孕待产的受试水生动物的亲代和子代生物体分别放入用同样的去离子水养殖的箱内进行同上的观察实验，死亡后的水生物做遗传毒理学实验，获取系统数据。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置内的指示动、植物具备有不同水平的适度敏感性指标体系。

5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置中的水流速度和过水面积，调节到即可以平衡于渗出的速度，又能够满足食物链“顶级”受试消费者的生物需求量。

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置内的理化技术指标能够满足生态效应指标的表达值，而生态效应指标又能系统而客观地表达污染水质的毒害水平。

7.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置中使用有定量的“分解者载体”的容器。

8.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置内的连续流动注入的水量应该大于蒸发量，且流动注入速度与渗出速度呈平衡状态；间断注入的水量应该遵循“干透浇透”的原则注入。

9.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置内的暴露介质温度应该满足实验生物的生理需求条件。

10.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测装置内的暴露生物体具备生态毒理、生殖毒理和恢复性系列观测和诊断功能。

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