[發明專利]一種磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法及系統

在審

• 申請號: 202210084705.0
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114527206A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 楊思月;段磊;王小娟;孫亞喬;蔣婕;周艾詩
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/06;G01N33/18;G06F17/11;G06F17/14;G06Q50/26
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 車寧華

1.一種磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，選定溯源區域，收集所述溯源區域的信息，采集所述溯源區域的地下水樣，并對采集的水樣進行預處理，提取預處理后的水樣中的磺胺類抗生素，并對提取的所述磺胺類抗生素的含量進行測定并分析，得分析數據；

步驟2，接收分析數據，采用異常算法對分析數據進行分析與預測，若檢測到分析數據大于預設閾值時，水樣異常，啟動預警預報，否則所述溯源區域的地下水樣中的磺胺類抗生素的含量符合水質標準；

步驟3，獲取水樣異常信號對應的所述溯源區域的信息，根據水樣異常信號以及其對應的所述溯源區域的信息啟動應急響應后運行應急監測；

步驟4，獲取歷史監測數據和在線監測數據，根據所述歷史監測數據和在線監測數據采用PSO算法計算出溯源區域的水樣中的污染排放參數的估計值或概率分布，得到污染源信息；

步驟5，獲取污染源信息，并根據污染源信息以人機交互方式輸入指令，重復步驟1至步驟4，直至溯源搜索范圍縮小到可通過現場排查找到污染源。

2.根據權利要求1所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，所述溯源區域的信息包含該溯源區域的位置、氣象、企業分布和水文地質。

3.根據權利要求1所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，對采集的水樣進行預處理具體為：采用分散液液微萃取和超聲輔助對水樣進行富集濃縮，得到濃縮水樣。

4.根據權利要求1所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，對提取的所述磺胺類抗生素的含量進行測定并分析具體為：利用超高效液相色譜－串聯質譜法對提取的所述磺胺類抗生素的含量進行分析與測定。

5.根據權利要求1所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，采用異常算法對分析數據進行分析與預測具體為：

首先，利用傅里葉變換中的功率譜密度識別歷史監測數據的周期性變化規律與異常，其中，功率譜密度定義了信號或者時間序列的功率如何隨頻率分布；

其次，利用連續小波變換算法確定水質異常發生的時刻、持續時間和強度。

6.根據權利要求5所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，傅里葉變換的計算公式為：

其中，F(t)為x(t)的像函數，x(t)為F(t)的像原函數，i為復數，f為頻率，t為時間，n為變換點數，w為角頻率，X(e^jω)為頻率內輸出分量，X(n)為時域內的輸入信號。

7.根據權利要求5所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，連續小波變換算法的計算公式為：

上式中，ψa,b為輸入信號；ψ(t-b/a),a＞0為縮放信號；a為比例因子或尺度參數；b為位置，即沿時間軸平移的參數；t為采樣區間；*為共軛復數。

8.根據權利要求1所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，所述預設閾值為100ng/L。

9.根據權利要求1所述的磺胺類抗生素地下水污染的溯源方法，其特征在于，PSO算法公式為：

其中，M為瞬時投放的污染物質量，kg；A為河流斷面積，m²；E_x為縱向彌散系數，m²/s；x為下游監測斷面位置，m；u為河流平均速度，m/s；t₀為污染源初始排放時間，s；t為監測時刻的時間，s；x₀為污染源初始排放位置，m；K₁為污染物一級反應動力學衰減速率系數，s^-1。

10.一種磺胺類抗生素地下水污染的溯源系統，其特征在于，包括：自動采集裝置、主機系統、應急響應監測模塊和信息采集裝置；所述主機系統包含第一處理模塊和第二處理模塊；

所述自動采集裝置，用于采集所述溯源區域的地下水樣，并對采集的水樣進行預處理，提取預處理后的水樣中的磺胺類抗生素，并對提取的所述磺胺類抗生素的含量進行測定并分析，得分析數據；

所述第一處理模塊，用于接收分析數據，采用異常算法對分析數據進行分析與預測，若檢測到分析數據大于預設閾值時，水樣異常，啟動預警預報，否則所述溯源區域的地下水樣中的磺胺類抗生素的含量符合水質標準；

所述應急響應監測模塊，用于獲取水樣異常信號對應的所述溯源區域的信息，根據水樣異常信號以及其對應的所述溯源區域的信息啟動應急響應后運行應急監測；

所述第二處理模塊，獲取歷史監測數據和在線監測數據，根據所述歷史監測數據和在線監測數據采用PSO算法計算出溯源區域的水樣中的污染排放參數的估計值或概率分布，得到污染源信息；

所述信息采集裝置，用于將應急響應監測模塊監測到的水樣異常信號和水樣異常信號對應的所述溯源區域的信息傳輸給主機系統，可通過人機交互方式輸入。