第 1 章 緒 論

我國經濟迅猛發展，海水人民生活質量不斷提高，水质实與此同時環境問題也日益凸顯，线检尤其是测系近年來，我國沿海水域富營養化嚴重，研究赤潮、海水綠潮等災害頻發，水质实持續加劇的线检水汙染嚴重地破壞了人類的生存環境及生活質量。黨的测系十八大會議上對我國嚴峻的環境問題作出重要指示：把生態文明建設放在突出地位，努力建設美麗中
國，研究實現中華民族永續發展。海水

1.1 課題研究背景和意義

生態環境與人類的水质实生存發展休戚相關，水環境作為生態環境的线检重要組成部分，對人類至關重要。测系然而隨著中國人口數量的研究增加、物質文化需求的提高，資源消耗不斷增長，汙染物排放速率不斷加快，加之未能及時有效地監測、治理，導致各類汙染物直接匯入大海，嚴重破壞了海洋環境。

中國海洋環境狀況公報顯示：2014 年，我國管轄海域海水環境狀況總體較好，但是近海口汙染嚴重，前 3 個季度分別有 52 280、41 140 和 57 360 平方公裏海域劣於規定的第四類海水水質標準。入海口汙染物量呈逐年上升趨勢，其中 48%的排汙口未達到排汙標準，直接導致海水赤潮和綠潮災害加重，近海岸淤泥砂石大量堆積，海水渾濁程度加大。中國海洋災害公報顯示：2014 年，我國管轄海域發現赤潮 56 次之多，汙染麵積達 7 290 平方公裏。綠潮災害影響範圍極廣，覆蓋麵積於 7 月 14 日達到最大值，約 540 平方公裏；最大分布麵積 50 000 平方公裏，分布麵積為近 5 年最大。2014 年，河北秦皇島沿岸海域發生特大抑食金球藻赤潮，持續 85 天，受害麵積 2 000 平方公裏，為 2014 年持續時間單次影響麵積
最大的赤潮，對當地海洋環境造成巨大影響。2014 年 4 月，漂浮綠潮藻萌生，僅在江蘇如東沿岸海域有所發現；到了 5 中下旬，綠潮持續向偏北方向偏移，麵積不斷擴大；6 月中旬，影響到日照、青島等海域，對當地的漁業、水產養殖、海洋環境、生態等造成一定的影響，直接影響了沿海城市的經濟發展。

水質汙染速度之快，嚴重製約了我國漁業、水產養殖業、旅遊業的發展，使海水富營養化加劇、次生災害頻發，直接影響著海洋生物的生存，同時有毒赤潮會向周邊地下蔓延，汙染著周邊人群的飲水，威脅著周邊人群的安全。造成水質汙染的原因眾多，其中，主要原因是生活汙水及工業廢水的直接排放，使得江海
中各種藻類營養過剩、大片生長。海水富營養化有多種表現，其中重要的指標有：化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，簡稱 COD)、葉綠素含量、藻紅蛋白含量等。其中，COD 作為水環境質量的一項重要指標，反映了水環境中還原性物質的含量，還原性物質主要為有機物。葉綠素廣泛的存在於藍綠藻中，其含量反映了海水中藍綠藻的含量。藻紅蛋白具有非常好的熒光特性，其含量反映出海水藻類的含量。濁度是海洋環境水質優劣的另一項重要的指標，既反映海水的感官質量，也反映海水的內在質量。

中國的可持續性發展戰略麵臨著嚴峻的挑戰，直接威脅著人類的永續生存，研製一種快速、有效的水質監測係統對海洋環境的治理起到至關重要的作用。

1.2 水質 COD、葉綠素、濁度的研究現狀

1.2.1 COD 研究現狀

COD 是指采用一定的強氧化劑處理水樣時，被水樣中還原性物質消耗的氧化劑的量。海水中有機物具有還原性，其含量作為海水 COD 濃度的標準。傳統的水質 COD 濃度檢測方法有：重鉻酸鉀標準法（國標法）、高錳酸鉀法（國標法）、高氯化物廢水測定法等。新型的水質 COD 濃度檢測方法為：分光光度法
。

重鉻酸鉀標準法是我國測量水質 COD 濃度的國標方法。重鉻酸鉀具有強氧化性，一定量的足量重鉻酸鉀在一定條件下與水體中還原性物質反應，然後加入指示劑，通過測量過量的重鉻酸鉀含量，得出水體中 COD 濃度。這種直接檢測的方法具有測量準確、測量範圍大等優點。但檢測過程中需添加試劑，引起二次汙染物，同時其測量成本高、測量周期長、測量難度大，不能實現實時在線檢測等。高錳酸鉀法、高氯化物廢水測定法同此檢測方法類似，同時，高錳酸鉀法易受氯離子的幹擾[10]，且不可用於工業分析
。

分光光度法是通過光學方法對待測物含量進行分析、測定的方法。不同種物質的能級譜不同，當某波段光打到待測物質上，若光子能量與待測物質能級躍遷能量相同，待測物質會將該波長光子吸收，發生能級跳變至高能態，高能態一般不穩定，可能再次跳變至其他低能態，同時釋放光子。通過測量吸光度或釋放光
子的光強度來對該物質進行定性和定量分析。相比之下，基於光譜分析的分光光度法具有無汙染、測量成本低、測量周期短、測量難度小等優點。

另外，測量方法還有臭氧氧化法、電化學法等，這些方法雖然相比國標法減小了汙染，但它們仍測量成本高、測量周期長、測量難度大、不能實時在線檢測。

近些年，Norio等建立了製漿廢水、染色體廢水以及天然水體等的 COD濃度與紫外吸光度的關係模型；Matsche[18]等研究了紫外 254nm 和可見 380nm 光譜的 COD 濃度與吸光度的關係；AntonioC.Sousa等提出了一種基於近紅外光譜的新方法，用來測定生活廢水的 COD 濃度。

1.2.2 葉綠素研究

現狀葉綠素是綠色植物光合作用的重要物質，在一定程度上反映了海水中綠藻含量。其檢測方法包括：丙酮萃取分光光度法、熒光法、高效液相色譜法。

丙酮萃取分光光度法是我國測量葉綠素含量的國標方法。這種檢測方法是利用丙酮來萃取綠色植物的葉綠素，來配置一係列不同濃度的葉綠素標準液，然後分別測量 667nm 光的吸光度，得到 667nm 吸光度和葉綠素濃度的關係曲線，與待測水樣葉綠素吸光度進行比較，從而得出待測水樣的葉綠素濃度。該方法測量精度高，但測量複雜、周期長、不能實現實時在線。

熒光法葉綠素的測量與分光光度法相似，當 430nm 光通過葉綠素溶液，會被葉綠素吸收，同時放出 667nm 熒光，萃取葉綠素，得到葉綠素標準液，然後配置不同濃度的葉綠素溶液，分別測量 90 度處 667nm 波長的光強，得到光強和葉綠素濃度的關係曲線，與待測水樣葉綠素激發光強進行比較，從而得出待測水樣葉綠素濃度。該方法同樣測量精度高，但測量複雜、周期長、不能實現實時在線。

高效液相色譜法同樣利用丙酮來萃取綠色植物的葉綠素，配成一係列不同濃度的葉綠素標準液，將其色譜圖作為參照圖，通過對比待測葉綠素溶液的色譜，得到待測液葉綠素濃度。此方法操作簡單,但測量精度偏低、分析周期長。近些年，B. Ruth利用氦氖激光器進行了綠色植物的內部熒光誘導動力學的研究，對自然環境下生長的水藻中葉綠素含量進行了測量；John. J. Cullen等利用葉綠素激發熒光理論，利用輻射計對日光下海藻激發出的葉綠素熒光強度進行了測量，並建立了海藻葉綠素濃度與熒光光強的關係模型；青島海洋大學以532 nm 可見光為激發波長，利用激光感生熒光原理研製出用於測量海水表層葉綠素濃度的激光雷達係統。

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