清华大学科技成果——原位微型化快速水质监测仪与高密度水质监测网络

清华大学科技成果——原位微型化快速水质监测仪
与高密度水质监测网络
成果简介
水是一切生物赖以生存的基础。

水的污染严重影响了人类的生活和生产；造成了淡水资源的进一步短缺。

我国面临的问题尤为突出。

据统计，在我国有46.5%的河长受到污染，水质只达到四、五类；10.6%的河长严重污染，水质为超五类，水体已丧失使用价值；90%以上的城市水域污染严重；全国十大水系、62个主要湖泊分别有31%和39%的淡水水质达不到饮用水要求。

随着问题的不断恶化，政府对水污染也开始越来越重视：2015年，国务院印发《水污染防治行动计划》；2016年，环保部印发《“十三五”国家地表水环境质量监测网设置方案》等等。

而水质监测技术在水污染的防、治方面都具有很重要的意义。

目前水质指标的监测依赖于大型的水质监测站，其占地面积大、建设成本高。

监测周期长、消耗样品量大，大大限制水质监测点的数量，从而限制了监测的实时性和监测范围。

研制成本低、体积小、精度高、监测速度快、试剂消耗量小、性能稳定、可靠性高的原位水质监测系统，将会减少水质监测中的人力物力的消耗，提高水质监测布点的密度，更好的为预防和治理提供有效的、实时的数据。

因此，提出了应用微流体技术的原位微型水质监测仪高密度水质监测网络的项目。

国外目前已经对原位微型水质监测仪器进行了研究，2012年英
国的Beaton教授，利用片上微流控技术与光电检测技术结合的方法，实现水中硝酸盐和亚硝酸盐的原位水质监测系统。

2013年英国南安普敦大学Legiret教授研制出基于微流控光电检测技术的原位微型水质监测系统，用于水中磷酸盐的监测。

以意大利水质监测公司希思迪为代表的环流分析技术，由于结构简洁、能够进行完全的化学反应等特点，取得了很大的进步。

但是其共同特点是未采用微流体技术，试剂损耗量仍然较大(数毫升级别)，维护周期短，成本高。

研发一种体积小，维护周期长，成本低的水质监测仪并且形成监测网络是十分必要的。

本项目研发一种基于国际先进的微环流分析技术的原位水质监测系统，体积小，成本低，试剂损耗量较小，维护周期长。

基于此仪器进行高密度水质监测网络的搭建，并通过无线技术将水质监测网络的数据上传到服务器，通过算法对数据进行分析，完成快速、准确的污染溯源，为水域污染的进一步防、治提供一种实时、有效的手段。

技术特点
与国内外已有的微流体原位检测系统相比，本项目研究的系统集成了先进的环流分析技术，能够使得试剂的反应完全，提高检测的精度。

与国内外已有的环流原位检测系统相比，本项目集成了用液量小、检测速度快的微流体技术，节省试剂使用量、减少废液的排出，使得检测更为绿色环保（绿色监测）。

本项目应用集成度高的微流体技术及微泵阀设计方法，实现了小
体积，低成本的仪器系统，具有显著的特色及创新性。

本项目应用微型水质监测仪实现了高密度水质监测网络，并通过算法能够快速、准确的实现污染的溯源。

水纹采集仪性能稳定，使用、维护简便，当仪器光源老化时，自动提示更换等。

产品样机内部结构
性能参数
维护周期可以达到一年以上；
完成一次测量和溯源任务不足10分钟，测量时间短，重现性好；
体积小，仅为10cm×10cm×30cm；
功耗低，1天工作状态耗电仅为0.2度。

应用说明
目前在模拟环境下进行了测试。

正在应用示范区的建立。

效益分析
目前，此仪器达到了世界先进水平，具有明显的优势，市场需求巨大，市场规模可以达到千亿规模。

本项目初步计划在前三年内可以
实现销售额10亿规模。

合作方式联合推广
所属行业领域能源环境领域。