一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法及系统技术方案

本发明专利技术属于环境保护溯源技术领域，具体涉及一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法及系统，包括：收集溯源区域的信息并采集地下水样，并对采集的水样进行预处理，提取预处理后的水样中的磺胺类抗生素并对其含量进行测定并分析，得分析数据；对分析数据进行分析与预测，若检测到分析数据大于预设阈值时，水样异常，否则溯源区域的地下水样中的磺胺类抗生素的含量符合水质标准；获取水样异常信号对应的溯源区域的信息，并启动应急响应后运行应急监测；通过计算溯源区域的水样中的污染排放参数的估计值或概率分布，得到污染源信息，重复上述步骤，直至溯源搜索范围缩小到可通过现场排查找到污染源。本发明专利技术能够快速对地下水中磺胺类抗生素进行溯源。类抗生素进行溯源。类抗生素进行溯源。

【技术实现步骤摘要】
一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法及系统


[0001]本专利技术属于环境保护溯源
，具体涉及一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法及系统。

技术介绍

[0002]磺胺类药物是应用最广、用量最大的一类广谱抑菌药，被广泛应用于医药行业、水产养殖和畜牧业等方面，用于预防和治疗细菌感染和真菌性疾病。尽管抗生素在水体环境中以痕量形式存在，但由于其具有难降解性和持续输入性，因而呈现出“持久”性的状态，并极易在地下水中残留，现已成为一种新型地下水污染。
[0003]环境中磺胺类抗生素主要源于人类和动物用药，进入水环境中的抗生素主要来自动物体内未被完全代谢的化合物，大部分抗生素会通过未经处理的农业废水、养殖废水和生活污水直接排放，以及通过养殖场排放的粪便以填埋、施肥等方式进入到土壤环境中，最后经地表径流与渗滤污染地下水和人类饮用水水源。
[0004]磺胺类抗生素污染主要是对环境中微生物、水生动物和人类健康产生危害。水体环境中长期存在抗生素可能会诱导水体中的微生物产生抗药性，并且会直接影响水生生物的生长繁殖状况。人类长期饮用含有痕量磺胺类抗生素的水后会使人体的免疫系统受到破坏，导致人体自身免疫功能下降。大多数磺胺类抗生素都是水溶性的，并且具有较低的亨利常数，因而容易在环境中扩散，又因其在地下水中会发生迁移转化，在自然环境中很难快速消除其对环境的影响，因此成为治理磺胺类抗生素污染的难点。
[0005]先前人们针对地下水污染溯源主要是在事故发生后对被污染的下游水样和上游涉污企业排污口的水样进行采样，通过水样的检测分析与检测结果进行比对，以实现对污染源进行溯源，找到涉污责任方，但可能存在由于上游的涉污企业较多，无法在第一时间准确找到污染源的问题，容易对地下水污染治理工作造成耽搁。因此，提供一种能够对地下水中磺胺类抗生素快速准确溯源的技术来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法及系统，该方法不仅能够针对水质异常及时进行预警，并且能够快速对地下水中磺胺类抗生素进行溯源，最终实现地下水污染防治的目的。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0008](一)一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，选定溯源区域，收集所述溯源区域的信息，采集所述溯源区域的地下水样，并对采集的水样进行预处理，提取预处理后的水样中的磺胺类抗生素，并对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行测定并分析，得分析数据；
[0010]步骤2，接收分析数据，采用异常算法对分析数据进行分析与预测，若检测到分析数据大于预设阈值时，水样异常，启动预警预报，否则所述溯源区域的地下水样中的磺胺类
抗生素的含量符合水质标准；
[0011]步骤3，获取水样异常信号对应的所述溯源区域的信息，根据水样异常信号以及其对应的所述溯源区域的信息启动应急响应后运行应急监测；
[0012]步骤4，获取历史监测数据和在线监测数据，根据所述历史监测数据和在线监测数据采用PSO算法计算出溯源区域的水样中的污染排放参数的估计值或概率分布，得到污染源信息；
[0013]步骤5，获取污染源信息，并根据污染源信息以人机交互方式输入指令，重复步骤1至步骤4，直至溯源搜索范围缩小到可通过现场排查找到污染源。
[0014]优选的，所述溯源区域的信息包含该溯源区域的位置、气象、企业分布和水文地质。
[0015]优选的，对采集的水样进行预处理具体为：采用分散液液微萃取和超声辅助对水样进行富集浓缩，得到浓缩水样。
[0016]优选的，对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行测定并分析具体为：利用超高效液相色谱－串联质谱法对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行分析与测定。
[0017]优选的，采用异常算法对分析数据进行分析与预测具体为：
[0018]首先，利用傅里叶变换中的功率谱密度识别历史监测数据的周期性变化规律与异常，其中，功率谱密度定义了信号或者时间序列的功率如何随频率分布；
[0019]其次，利用连续小波变换算法确定水质异常发生的时刻、持续时间和强度。
[0020]优选的，傅里叶变换的计算公式为：
[0021][0022][0023][0024]其中，F(t)为x(t)的像函数，x(t)为F(t)的像原函数，i为复数，f为频率，t为时间，n为变换点数，w为角频率，X(e
jω
)为频率内输出分量，X(n)为时域内的输入信号
[0025]优选的，连续小波变换算法的计算公式为：
[0026][0027]上式中，ψa,b为输入信号；ψ(t
‑
b/a),a＞0为缩放信号；a为比例因子或尺度参数；b为位置，即沿时间轴平移的参数；t为采样区间；*为共轭复数。
[0028]优选的，所述预设阈值为100ng/L。
[0029]优选的，PSO算法公式为：
[0030][0031]其中，M为瞬时投放的污染物质量，kg；A为河流断面积，m2；E
x
为纵向弥散系数，m2/s；x为下游监测断面位置，m；u为河流平均速度，m/s；t0为污染源初始排放时间，s；t为监测时刻的时间，s；x0为污染源初始排放位置，m；K1为污染物一级反应动力学衰减速率系数，s
‑1。
[0032](二)一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源系统，包括：自动采集装置、主机系统、应急响应监测模块和信息采集装置；所述主机系统包含第一处理模块和第二处理模块；
[0033]所述自动采集装置，用于采集所述溯源区域的地下水样，并对采集的水样进行预处理，提取预处理后的水样中的磺胺类抗生素，并对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行测定并分析，得分析数据；
[0034]所述第一处理模块，用于接收分析数据，采用异常算法对分析数据进行分析与预测，若检测到分析数据大于预设阈值时，水样异常，启动预警预报，否则所述溯源区域的地下水样中的磺胺类抗生素的含量符合水质标准；
[0035]所述应急响应监测模块，用于获取水样异常信号对应的所述溯源区域的信息，根据水样异常信号以及其对应的所述溯源区域的信息启动应急响应后运行应急监测；
[0036]所述第二处理模块，获取历史监测数据和在线监测数据，根据所述历史监测数据和在线监测数据采用PSO算法计算出溯源区域的水样中的污染排放参数的估计值或概率分布，得到污染源信息；
[0037]所述信息采集装置，用于将应急响应监测模块监测到的水样异常信号和水样异常信号对应的所述溯源区域的信息传输给主机系统，可通过人机交互方式输入。
[0038]本专利技术能产生的有益效果包括：
[0039]1)本专利技术利用环境大数据和人工智能等技术，将预警技术与溯源技术等两方面的技术结合，建立“预报
‑
定性溯源
‑
定量溯源”三级预警溯源体系，实现地下水水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选定溯源区域，收集所述溯源区域的信息，采集所述溯源区域的地下水样，并对采集的水样进行预处理，提取预处理后的水样中的磺胺类抗生素，并对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行测定并分析，得分析数据；步骤2，接收分析数据，采用异常算法对分析数据进行分析与预测，若检测到分析数据大于预设阈值时，水样异常，启动预警预报，否则所述溯源区域的地下水样中的磺胺类抗生素的含量符合水质标准；步骤3，获取水样异常信号对应的所述溯源区域的信息，根据水样异常信号以及其对应的所述溯源区域的信息启动应急响应后运行应急监测；步骤4，获取历史监测数据和在线监测数据，根据所述历史监测数据和在线监测数据采用PSO算法计算出溯源区域的水样中的污染排放参数的估计值或概率分布，得到污染源信息；步骤5，获取污染源信息，并根据污染源信息以人机交互方式输入指令，重复步骤1至步骤4，直至溯源搜索范围缩小到可通过现场排查找到污染源。2.根据权利要求1所述的磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，所述溯源区域的信息包含该溯源区域的位置、气象、企业分布和水文地质。3.根据权利要求1所述的磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，对采集的水样进行预处理具体为：采用分散液液微萃取和超声辅助对水样进行富集浓缩，得到浓缩水样。4.根据权利要求1所述的磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行测定并分析具体为：利用超高效液相色谱－串联质谱法对提取的所述磺胺类抗生素的含量进行分析与测定。5.根据权利要求1所述的磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，采用异常算法对分析数据进行分析与预测具体为：首先，利用傅里叶变换中的功率谱密度识别历史监测数据的周期性变化规律与异常，其中，功率谱密度定义了信号或者时间序列的功率如何随频率分布；其次，利用连续小波变换算法确定水质异常发生的时刻、持续时间和强度。6.根据权利要求5所述的磺胺类抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，傅里叶变换的计算公式为：换的计算公式为：换的计算公式为：其中，F(t)为x(t)的像函数，x(t)为F(t)的像原函数，i为复数，f为频率，t为时间，n为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思月，段磊，王小娟，孙亚乔，蒋婕，周艾诗，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：