一種船舶壓載水排放實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置及方法，其包括：與壓載水排出管路相連通的取樣單元，其能夠自壓載水排出管路中提取適量樣品并輸送至檢測(cè)單元；與所述取樣單元相連接的檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元能夠?qū)悠愤M(jìn)行取樣檢測(cè)并輸出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)；與所述檢測(cè)單元相連接的分析單元，該分析單元能夠接收到的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理并輸出相應(yīng)的控制命令；受控于所述分析單元的執(zhí)行單元，該執(zhí)行單元依據(jù)接收到的控制命令進(jìn)行動(dòng)作，以控制壓載水排出管路中壓載水的流向；以及能夠存儲(chǔ)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示的存儲(chǔ)顯示單元。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)船舶壓載水藻類(lèi)和菌類(lèi)濃度的實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)且改變了現(xiàn)有技術(shù)中船舶壓載水檢測(cè)和排放控制分離的現(xiàn)狀。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及船舶壓載水檢測(cè)領(lǐng)域，具體說(shuō)是涉及一種船舶壓載水實(shí)時(shí)檢測(cè)及排放監(jiān)控裝置及方法。
技術(shù)介紹
為了保證船舶安全航行，通常使用海水作為壓載物，稱(chēng)為壓載水。壓載水中包含大量的藻類(lèi)等可生存生物和大腸桿菌、腸球菌等微生物。在運(yùn)到目的港口后，需把壓載水排放后裝貨。這樣就會(huì)將其他海域的生物隨著壓載水排放進(jìn)入新的海域，造成生物入侵。船舶壓載水已經(jīng)被全球環(huán)境基金組織確定為世界海洋的四大威脅之一。為應(yīng)對(duì)由壓載水排放所引起的外來(lái)生物入侵性問(wèn)題，在2004年2月9日～13日外交大會(huì)上，國(guó)際海事組織通過(guò)了《船舶壓載水及沉積物控制和管理國(guó)際公約》，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《壓載水公約》)。其中規(guī)定＂通過(guò)控制、管理船舶壓載水及沉積物達(dá)到防止、減少并最終消除有害水生生物及病原體的傳播＂目前處理壓載水的常用方法主要有置換法、機(jī)械法、物理法、化學(xué)法、生物法、復(fù)合法，各個(gè)國(guó)家都希望能夠盡早的找到處理壓載水的有效方法。壓載水置換方法在可排海域中用大量新鮮海水稀釋或替換艙內(nèi)的貯存壓載水，以長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)實(shí)現(xiàn)壓載水的稀釋置換；但是此方法無(wú)法徹底更換壓載水，置換海水用量很大；機(jī)械法主要利用壓載水和海生物兩者物理特性的差異進(jìn)行有效的分離，存在的缺點(diǎn)是對(duì)個(gè)體較小的微生物和病毒等生物體處理效果不顯著；物理法主要有紫外光照、超聲處理等，紫外線處理裝置對(duì)微小的海洋細(xì)菌、微生物殺滅效果非常有效，但是對(duì)于滅活較大尺寸的有害浮游動(dòng)植物效果并不理想，并且海洋浮游植物存在光修復(fù)的能力，容易重新繁殖；化學(xué)方法主要是利用化學(xué)殺菌劑、消毒劑及強(qiáng)氧化性物質(zhì)滅活壓載水中的水生生物。主要方法是電解法和臭氧法。同時(shí)，電解法和臭氧法也存在一定的缺點(diǎn)，氯氣產(chǎn)生的有機(jī)面素化合物具有致癌性，二氧化氯和臭氧又易分解，并且電解海水產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)容易腐蝕船艙和設(shè)備；生物方法處理壓載水，主要的原理是利用生物間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，即通過(guò)引入與原有壓載水?dāng)y帶的浮游生物具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的新生物物種，或是利用現(xiàn)代科學(xué)的生物技術(shù)來(lái)改變生物體的基因，達(dá)到抑制外來(lái)生物入侵。但加入新物種，及基因技術(shù)的應(yīng)用能否帶來(lái)不利的影響因素，尚不清楚；復(fù)合法是指消除各種技術(shù)的局限性并利用不同方法優(yōu)勢(shì)的協(xié)同作用處理壓載水。壓載水處理結(jié)果是否符合公約要求，需要通過(guò)檢測(cè)生物存活量來(lái)衡量。傳統(tǒng)的生物檢測(cè)方法是培養(yǎng)計(jì)數(shù)法，該方法廣泛應(yīng)用在水生生物數(shù)量、種群研究等方面，但是需要通過(guò)肉眼判斷海洋生物的存活狀態(tài)，耗時(shí)較長(zhǎng)。隨著各種生物檢測(cè)技術(shù)不斷地發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型的檢測(cè)方法。流式細(xì)胞術(shù)法可以完成對(duì)單細(xì)胞或生物粒子在功能水平上的定量分析及分選的檢測(cè)，它可以高速分析上萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，但是所需要的檢測(cè)劑量很少、價(jià)格昂貴、且設(shè)備龐大，并不適合壓載水的實(shí)際檢測(cè)；三磷酸腺苷生物發(fā)光技術(shù)原理是，在三磷酸腺苷作用下，熒光霉素氧化生成的D-熒光素，通過(guò)測(cè)定熒光強(qiáng)度推算出樣品中活體數(shù)，但是海水中成分較復(fù)雜，對(duì)發(fā)光檢測(cè)會(huì)造成一定的影響，且檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；溶液電阻法是使微生物通過(guò)電檢測(cè)微孔道，造成檢測(cè)孔道中電阻變化，檢測(cè)電阻抗的變化脈沖即可達(dá)到生物技術(shù)目的；葉綠素?zé)晒夥ㄊ峭ㄟ^(guò)測(cè)定光激發(fā)的葉綠素所產(chǎn)生的熒光判斷細(xì)胞活性，可作為探針研究光合作用的機(jī)理。近年來(lái)隨著葉綠素?zé)晒饫碚摵蜏y(cè)定技術(shù)的完善和進(jìn)步，也推動(dòng)了通過(guò)葉綠素?zé)晒夥▽?duì)藻細(xì)胞的研究。但是目前的藻類(lèi)、菌類(lèi)檢測(cè)技術(shù)還沒(méi)有應(yīng)用到壓載水檢測(cè)和排放控制中。隨著芬蘭于2016年9月8日簽約加入壓載水公約，使該公約的簽約國(guó)增加至52個(gè)國(guó)家，商船總噸位已達(dá)到世界商船總噸位的35.1441％，壓載水公約生效條件已經(jīng)滿足，所以壓載水公約將于2017年9月8日生效。截至2016年9月，中國(guó)政府尚未加入《壓載水公約》。我國(guó)既是港口大國(guó)，又是船旗大國(guó)，隨著壓載水生效日期的確定，開(kāi)發(fā)出壓載水準(zhǔn)確檢測(cè)和排放控制的裝置迫在眉睫。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有出現(xiàn)基于微流控技術(shù)的壓載水監(jiān)控裝置，本實(shí)驗(yàn)室基于微流控平臺(tái)，在壓載水檢測(cè)領(lǐng)域進(jìn)行了多年的探索。微流控技術(shù)可以通過(guò)一張芯片實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速自動(dòng)檢測(cè)壓載水中的藻類(lèi)，使其在壓載水檢測(cè)領(lǐng)域成為熱點(diǎn)。微流控芯片技術(shù)可以把成千上萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)個(gè)生命信息集成到一個(gè)很小的芯片上，在微米級(jí)的結(jié)構(gòu)通道中完成生物化學(xué)處理和結(jié)合，該技術(shù)可以認(rèn)為是集成于一張芯片上的小型生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是要提供一種壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，該裝置基于熒光法和感應(yīng)法檢測(cè)所得壓載水中藻類(lèi)、菌類(lèi)濃度信息，并能夠基于所獲得的檢測(cè)信息控制壓載水的排放。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于，該裝置包括：與壓載水排出管路相連通的取樣單元，該取樣單元能夠自壓載水排出管路中提取適量樣品并輸送至檢測(cè)單元；與所述取樣單元相連接的檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元能夠?qū)悠愤M(jìn)行取樣檢測(cè)并輸出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，且所述檢測(cè)單元包括用于藻類(lèi)檢測(cè)的熒光檢測(cè)傳感器和用于菌類(lèi)檢測(cè)的感應(yīng)式傳感器；與所述檢測(cè)單元相連接的分析單元，該分析單元能夠?qū)邮盏降臋z測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理并輸出相應(yīng)的控制命令；受控于所述分析單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)依據(jù)接收到的控制命令進(jìn)行動(dòng)作，以控制壓載水排出管路中壓載水的流向；與所述分析單元相連接的存儲(chǔ)顯示單元，該存儲(chǔ)顯示單元能夠存儲(chǔ)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示。進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述取樣單元包括：與壓載水排出管路相連通的旁通管路，且所述旁通管路上設(shè)置有能夠?qū)α魅氲臉悠愤M(jìn)行過(guò)濾的濾器；以及與所述旁通管路相連通的微泵，該微泵能夠?qū)⑦^(guò)濾后的樣品輸送至檢測(cè)單元。進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述濾器的濾孔孔徑小于所述檢測(cè)單元第一樣品流道及第二樣品流道的橫向尺寸中的最小尺寸值，且內(nèi)部安裝有壓差傳感器進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述熒光檢測(cè)傳感器包括暗室，所述暗室內(nèi)自上至下依次設(shè)置熒光檢測(cè)光源、第一小孔光闌、第一濾光片、熒光檢測(cè)微流控芯片、第二濾光片、第二小孔光闌以及光電接收器且所述熒光檢測(cè)微流控芯片上凹刻有供樣品流通的第一樣品流道。進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述菌類(lèi)檢測(cè)感應(yīng)式傳感器包括微流控芯片，且所述微流控芯片具有：底片、被設(shè)置于所述底片上的微流控基片以及被設(shè)置于所述底片與微流控基片之間的檢測(cè)電極；所述微流控基片包括凹刻有第二樣品流道的PDMS芯片層、被設(shè)置于檢測(cè)電極上方的PDMS涂層以及被設(shè)置于所述檢測(cè)電極與樣品通道重疊區(qū)域所對(duì)應(yīng)的PDMS涂層上、用于捕獲樣品中的菌類(lèi)抗原的抗體吸附層。進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述抗體吸附層為與待檢測(cè)抗原類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的抗體溶液在PDMS涂層表面經(jīng)自然風(fēng)干所形成的吸附層。進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述檢測(cè)電極為檢測(cè)銅電極。進(jìn)一步的，作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選方案所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于壓載水排出管路上的三通閥。本專(zhuān)利技術(shù)的另一目的是要提供一種壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、通過(guò)取樣單元與壓載水排出管路相連通，自壓載水排出管路中提取適量樣品并輸送至檢測(cè)單元；步驟2、通過(guò)檢測(cè)單元對(duì)樣品進(jìn)行取樣檢測(cè)并輸出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，且所述檢測(cè)單元包括用于藻類(lèi)檢測(cè)的熒光檢測(cè)傳感器和用于菌類(lèi)檢測(cè)的感應(yīng)式傳感器；步驟3、通過(guò)分析單元對(duì)接收到的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理并輸出相應(yīng)的控制命令；步驟4、通過(guò)受控于所述分析單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制壓載水排出管路中壓載水的流向；同時(shí)存儲(chǔ)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于，該裝置包括：與壓載水排出管路相連通的取樣單元，該取樣單元能夠自壓載水排出管路中提取適量樣品并輸送至檢測(cè)單元；與所述取樣單元相連接的檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元能夠?qū)悠愤M(jìn)行取樣檢測(cè)并輸出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，且所述檢測(cè)單元包括用于藻類(lèi)檢測(cè)的熒光檢測(cè)傳感器和用于菌類(lèi)檢測(cè)的感應(yīng)式傳感器；與所述檢測(cè)單元相連接的分析單元，該分析單元能夠?qū)邮盏降臋z測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理并輸出相應(yīng)的控制命令；受控于所述分析單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)依據(jù)接收到的控制命令進(jìn)行動(dòng)作，以控制壓載水排出管路中壓載水的流向；與所述分析單元相連接的存儲(chǔ)顯示單元，該存儲(chǔ)顯示單元能夠存儲(chǔ)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于，該裝置包括：與壓載水排出管路相連通的取樣單元，該取樣單元能夠自壓載水排出管路中提取適量樣品并輸送至檢測(cè)單元；與所述取樣單元相連接的檢測(cè)單元，該檢測(cè)單元能夠?qū)悠愤M(jìn)行取樣檢測(cè)并輸出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，且所述檢測(cè)單元包括用于藻類(lèi)檢測(cè)的熒光檢測(cè)傳感器和用于菌類(lèi)檢測(cè)的感應(yīng)式傳感器；與所述檢測(cè)單元相連接的分析單元，該分析單元能夠?qū)邮盏降臋z測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理并輸出相應(yīng)的控制命令；受控于所述分析單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)依據(jù)接收到的控制命令進(jìn)行動(dòng)作，以控制壓載水排出管路中壓載水的流向；與所述分析單元相連接的存儲(chǔ)顯示單元，該存儲(chǔ)顯示單元能夠存儲(chǔ)樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于：所述取樣單元包括與壓載水排出管路相連通的旁通管路，且所述旁通管路上設(shè)置有能夠?qū)α魅氲臉悠愤M(jìn)行過(guò)濾的濾器；以及與所述旁通管路相連通的微泵，該微泵能夠?qū)⑦^(guò)濾后的樣品輸送至檢測(cè)單元。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于：所述熒光檢測(cè)傳感器包括暗室，所述暗室內(nèi)自上至下依次設(shè)置熒光檢測(cè)光源、第一小孔光闌、第一濾光片、熒光檢測(cè)微流控芯片、第二濾光片、第二小孔光闌以及光電接收器，且所述熒光檢測(cè)微流控芯片上凹刻有供樣品流通的第一樣品流道。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于：所述菌類(lèi)檢測(cè)感應(yīng)式傳感器包括微流控芯片，且所述微流控芯片具有底片、被設(shè)置于所述底片上的微流控基片以及被設(shè)置于所述底片與微流控基片之間的檢測(cè)電極；所述微流控基片包括凹刻有第二樣品流道的PDMS芯片層、被設(shè)置于檢測(cè)電極上方的PDMS涂層以及被設(shè)置于所述檢測(cè)電極與樣品通道重疊區(qū)域所對(duì)應(yīng)的PDMS涂層上、用于捕獲樣品中的菌類(lèi)抗原的抗體吸附層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓載水實(shí)時(shí)排放監(jiān)控裝置，其特征在于：所述抗體吸附層為與待檢測(cè)抗原類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的抗體溶液在PDMS涂層表面經(jīng)自然風(fēng)干所形成的吸附層...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘新祥，劉志堅(jiān)，武森，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：大連海事大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧;21