一种流域面源污染组分传感器、监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种流域面源污染组分传感器、监测系统及方法，传感器包括：检测模块、定位模块、处理模块、控制模块和通信模块；通信模块获取检测开始指令；控制模块根据检测开始指令控制检测模块获取监测点的多种流域面源污染组分的浓度，控制处理模块对监测点的多种流域面源污染组分的浓度进行一次处理，得到一次处理后的多种流域面源污染组分的浓度，并控制定位模块获取所在监测点的位置；通信模块用于传输一次处理后的多种流域面源污染组分的浓度和监测点的位置；本发明专利技术中的检测模块能够同时对监测流域点水样中的多种组分均进行实时测量，提高了流域面源污染多组分的监测兼容性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种流域面源污染组分传感器、监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及传感器检测
，特别是涉及一种流域面源污染组分传感器、监测系统及方法。

技术介绍

[0002]农业面源污染是水环境污染和引发水体富营养化的主要原因之一，已成为制约农业可持续发展和生态可持续发展的重要因素，对人类生活也造成严重影响。因此，农业面源污染监测对于面源污染的防控与治理具有重要的意义。
[0003]面源污染主要监测对象包括总氮、总磷、氨氮、化学需氧量等，而现有总氮、总磷、氨氮、化学需氧量检测设备主要采用光谱和色谱方法，普遍存在实时检测难度大、样品预处理要求高、操作复杂、仪器昂贵等问题。如采用连续流动分析
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分光光度法开测定水体中总磷，实验设备包括化学分析设备、自动进样设备、比色检测设备、数据分析和处理设备，其中，还需要采用酒石酸钾钠、铵标准中间液、铵标准使用液、显色液、次氯酸钠溶液、亚硝基贴氰化钠溶液、氢氧化钠等7种试剂，虽然可以连续、快速检测水体中总磷含量，但在准确度方面不如气相分析吸收光谱法。采用气相分子吸收光谱法测水体中总氮含量，首先需要在120
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124℃温度条件下，采用强氧化剂过硫酸钾将水样中的各种形态的氮消解为硝酸盐，随后与三氯化钛发生氧化还原反应将硝酸根还原为一氧化氮，采用气相色谱仪器对一氧化氮进行检测，从而获得水样中总氮含量。氨氮采用分工光度法、气相分子吸收方法或电化学传感器方法测定，化学需氧量检测采用重铬酸钾法、分光光度法、气相分子吸收光谱法或电化学传感器测定。现有检测产品多采用光谱方法，如原位总氮总磷分析仪采用强氧化剂过硫酸钾对水样中总氮和总磷进行消解后，采用光谱方法分析获得水样中总氮和总磷浓度，强氧化剂还需定期更换，成本高昂。以上各种成分的检测设备和方法兼容性低和在线能力不足，难以适用智慧农业快速发展要求，同时由于流域范围广且需要长期监测及大范围布点，这就要求面源污染组分监测传感器具有实时在线、快速准确、操作简单、低成本等特点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种流域面源污染组分传感器、监测系统及方法，能够同时对监测流域点水样中的多种组分均进行实时测量，提高了流域面源污染多组分的监测兼容性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种流域面源污染组分传感器，包括：
[0007]检测模块、定位模块、控制模块和通信模块；
[0008]所述检测模块、所述定位模块和所述通信模块均与所述控制模块连接；所述检测模块和所述定位模块设置于监测点处；
[0009]所述通信模块用于获取检测开始指令；
[0010]所述控制模块用于根据所述检测开始指令控制所述检测模块获取监测点的多种
流域面源污染组分的浓度，并控制所述定位模块获取所在监测点的位置；所述流域面源污染组分的类别包括：氮、磷、氨氮和化学需氧量；
[0011]所述通信模块用于传输所述多种流域面源污染组分的浓度和监测点的位置。
[0012]可选的，所述电化学传感器，还包括：
[0013]电源模块和太阳能板；
[0014]所述电源模块分别与所述太阳能板和所述控制模块连接。
[0015]可选的，所述检测模块，具体包括：
[0016]进样管、出样管、微泵、第一电极组、第二电极组以及自下而上依次设置的硅衬底层、微流体层和盖层；
[0017]所述进样管设置有过滤网的一端设置在监测点处的待测液体内；所述进样管的另一端与所述微流体层中第一反应池组的进水口和第二反应池组的进水口连接；所述第一电极组设置于所述第一反应池组内；所述第二电极组设置于所述第二反应池组内；所述第一电极组和所述第二电极组均与所述控制模块连接；所述第一电极组用于测量待测液体的氮浓度和磷浓度；所述第二电极组用于测量待测液体的氨氮浓度和化学需氧量；
[0018]所述微流体层中第一反应池组的出水口和第二反应池组的出水口均与所述出样管连接；
[0019]所述微泵设置在所述出样管处；所述微泵与所述控制模块连接。
[0020]可选的，
[0021]所述第一反应池组，具体包括：
[0022]消解池和第一测量池；
[0023]所述消解池的进水口和出水口分别与所述进样管的另一端和所述第一测量池的进水口连接；所述第一测量池的出水口与所述出样管连接；
[0024]所述第二反应池组，具体包括：
[0025]第二测量池和第三测量池；
[0026]所述第二测量池的进水口和出水口分别与所述进样管的另一端和所述第三测量池的进水口连接；所述第三测量池的出水口与所述出样管连接。
[0027]可选的，
[0028]所述第一电极组，具体包括：
[0029]紫外光源、加热电极、硝酸根敏感工作电极、磷酸根敏感工作电极和第一共用参比电极；
[0030]所述第一共用参比电极为所述硝酸根敏感工作电极和所述磷酸根敏感工作电极的共用参比电极；所述第一共用参比电极接地；
[0031]所述紫外光源、所述加热电极、所述硝酸根敏感工作电极和所述磷酸根敏感工作电极均与所述控制模块连接；
[0032]所述紫外光源和所述加热电极均设置于所述消解池内；所述紫外光源和所述加热电极均用于将待测液体中的有机物消解为磷酸根和硝酸根；
[0033]所述硝酸根敏感工作电极、所述磷酸根敏感工作电极和所述第一共用参比电极均设置于所述第一测量池内；
[0034]所述第二电极组，具体包括：
[0035]温度检测单元、pH值检测单元、化学需氧量敏感工作电极、氨氮敏感工作电极和第二共用参比电极；
[0036]所述第二共用参比电极为所述化学需氧量敏感工作电极和所述氨氮敏感工作电极的共用参比电极；所述第二共用参比电极接地；
[0037]所述温度检测单元、所述pH值检测单元、所述化学需氧量敏感工作电极和所述氨氮敏感工作电极均与所述控制模块连接；
[0038]所述温度检测单元和所述pH值检测单元均设置于所述第二测量池内；
[0039]所述化学需氧量敏感工作电极、所述氨氮敏感工作电极和所述第二共用参比电极均设置于所述第三测量池内。
[0040]可选的，
[0041]所述硝酸根敏感工作电极为铜纳米棒；
[0042]所述磷酸根敏感工作电极为钼酸钠；
[0043]所述化学需氧量敏感工作电极为二氧化钛
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铂复合纳米材料；
[0044]所述氨氮敏感工作电极为聚苯胺
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二氧化钛杂化材料；
[0045]所述第一共用参比电极和第二共用参比电极均为沉积Ag
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AgCl有的Ti
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Au电极。
[0046]可选的，所述系统还包括：
[0047]所述处理模块；
[0048]所述处理模块与所述控制模块连接；所述控制模块控制所述处理模块对监测点的多种流域面源污染组分的浓度进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流域面源污染组分传感器，其特征在于，所述传感器，包括：检测模块、定位模块、控制模块和通信模块；所述检测模块、所述定位模块和所述通信模块均与所述控制模块连接；所述检测模块和所述定位模块设置于监测点处；所述通信模块用于获取检测开始指令；所述控制模块用于根据所述检测开始指令控制所述检测模块获取监测点的多种流域面源污染组分的浓度，并控制所述定位模块获取所在监测点的位置；所述流域面源污染组分的类别包括：氮、磷、氨氮和化学需氧量；所述通信模块用于传输所述多种流域面源污染组分的浓度和监测点的位置。2.根据权利要求1所述的流域面源污染组分传感器，其特征在于，所述电化学传感器，还包括：电源模块和太阳能板；所述电源模块分别与所述太阳能板和所述控制模块连接。3.根据权利要求1所述的流域面源污染组分传感器，其特征在于，所述检测模块，具体包括：进样管、出样管、微泵、第一电极组、第二电极组以及自下而上依次设置的硅衬底层、微流体层和盖层；所述进样管设置有过滤网的一端设置在监测点处的待测液体内；所述进样管的另一端与所述微流体层中第一反应池组的进水口和第二反应池组的进水口连接；所述第一电极组设置于所述第一反应池组内；所述第二电极组设置于所述第二反应池组内；所述第一电极组和所述第二电极组均与所述控制模块连接；所述第一电极组用于测量待测液体的氮浓度和磷浓度；所述第二电极组用于测量待测液体的氨氮浓度和化学需氧量；所述微流体层中第一反应池组的出水口和第二反应池组的出水口均与所述出样管连接；所述微泵设置在所述出样管处；所述微泵与所述控制模块连接。4.根据权利要求3所述的流域面源污染组分传感器，其特征在于，所述第一反应池组，具体包括：消解池和第一测量池；所述消解池的进水口和出水口分别与所述进样管的另一端和所述第一测量池的进水口连接；所述第一测量池的出水口与所述出样管连接；所述第二反应池组，具体包括：第二测量池和第三测量池；所述第二测量池的进水口和出水口分别与所述进样管的另一端和所述第三测量池的进水口连接；所述第三测量池的出水口与所述出样管连接。5.根据权利要求4所述的流域面源污染组分传感器，其特征在于，所述第一电极组，具体包括：紫外光源、加热电极、硝酸根敏感工作电极、磷酸根敏感工作电极和第一共用参比电极；所述第一共用参比电极为所述硝酸根敏感工作电极和所述磷酸根敏感工作电极的共
用参比电极；所述第一共用参比电极接地；所述紫外光源、所述加热电极、所述硝酸根敏感工作电极和所述磷酸根敏感工作电极均与所述控制模块连接；所述紫外光源和所述加热电极均设置于所述消解池内；所述紫外光源和所述加热电极均用于将待测液体中的有机物消解为磷酸根和硝酸根；所述硝酸根敏感工作电极、所述磷酸根敏感工作电极和所述第一共用参比电极均设置于所述第一测量池内；所述第二电极组，具体包括：温度检测单元、pH值检测单元、化学需氧量敏感工作电极、氨氮敏感工作电极和第二共用参比电极；所述第二共用参比电极为所述化学需氧量敏感工作电极和所述氨氮敏感工作电极的共用参比电极；所述第二共用参比电极接地；所述温度检测单元、所述pH值检测单元、所述化学需氧量敏感工作电极和所述氨氮敏感工作电极均与所述控制模块连接；所述温度检测单元和所述pH值检测单元均设置于所述第二测量池内；所述化学需氧量敏感工作电极、所述氨氮敏感工作电极和所述第二共用参比电极均设置于所述第三测量池内。6.根据权利要求5所述的流域面源污染组分传感器，其特征在于，所述硝酸根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娴，李哲敏，颜瑞，王震，徐建龙，李言浩，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业信息研究所，
类型：发明
国别省市：