實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)全程質(zhì)控管理平臺(tái)模型研究

彭暉 牟志勇 虞慧 曹小紅

【摘要】本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了一種實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)全程質(zhì)控管理平臺(tái)模型。該模型通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的不可篡改性和可追溯性，同時(shí)建立了完整的質(zhì)量管理體系，確保了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。結(jié)果表明，該模型可以提高實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信度和可靠性，為實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)的發(fā)展和改進(jìn)提供了新思路和解決方案。

【關(guān)鍵詞】區(qū)塊鏈；重金屬檢測(cè)；全程質(zhì)控管理平臺(tái)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.045

【基金項(xiàng)目】國(guó)家環(huán)境保護(hù)重金屬污染監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（SKLMHM202222）。

Research on Quality Control Management Platform Model for Heavy Metal Detection of Solid Waste in Laboratory

PENG Hui， MOU Zhiyong， YU Hui， CAO Xiaohong

（Hunan Changde Eco-Environmental Monitoring Center， Changde 415000， China）

Abstract： This paper proposes a quality control management platform model for heavy metal detection of solid waste in laboratory based on blockchain technology. The model achieves data immutability and traceability through blockchain technology， and establishes a complete quality management system to ensure the accuracy and reliability of detection data. The results show that the model can improve the credibility and reliability of heavy metal detection data of solid waste in laboratory， providing new ideas and solutions for the development and improvement of heavy metal detection activities in laboratory.

Key words： blockchain； heavy metal detection； quality control management platform throughout the process

固體廢物中的重金屬是一種對(duì)人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重危害的物質(zhì)。尤其是存在于固體廢物中的重金屬元素，具有高毒性、高富集性和持久危害性，可對(duì)人體健康造成極大的威脅。進(jìn)入環(huán)境的重金屬可在環(huán)境中發(fā)生遷移、富集與轉(zhuǎn)化，危害人的身體健康[1]。因此，如何控制固體廢物污染，如何準(zhǔn)確地采集分析出固體廢物中的典型重金屬，如何安全處置處理和資源化利用固體廢物已是我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的緊迫任務(wù)。

環(huán)境檢測(cè)在現(xiàn)代社會(huì)具有重要意義，而固體廢物重金屬檢測(cè)作為環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，對(duì)保障人民群眾健康和環(huán)境安全具有不可忽視的作用。然而，當(dāng)前的環(huán)境檢測(cè)質(zhì)量控制體系雖然已經(jīng)建立，但在實(shí)際檢測(cè)活動(dòng)中存在著許多問(wèn)題，例如不透明、難以追溯、報(bào)告不規(guī)范等問(wèn)題，同時(shí)還有人為造假等違規(guī)違法行為，這些問(wèn)題給環(huán)境監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。

實(shí)驗(yàn)室是固體廢物重金屬檢測(cè)的主要場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的生命線，數(shù)據(jù)的“真實(shí)性、可靠性、準(zhǔn)確性”是環(huán)境檢測(cè)最基本的要求。為保證固體廢物重金屬檢測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，實(shí)施環(huán)境檢測(cè)全程序質(zhì)量控制已成為該項(xiàng)工作中的重中之重。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種去中心化、不可篡改的技術(shù)，可以解決數(shù)據(jù)可信度和安全性的問(wèn)題。因此，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)中，可以提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)的發(fā)展和改進(jìn)。

1相關(guān)技術(shù)介紹

1.1區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種分布式賬本技術(shù)，它采用密碼學(xué)技術(shù)確保數(shù)據(jù)的安全性、完整性和不可篡改性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了去中心化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。每個(gè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)共識(shí)機(jī)制達(dá)成共識(shí)，將新的數(shù)據(jù)塊添加到區(qū)塊鏈上。由于區(qū)塊鏈的去中心化特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)都不依賴于中心化機(jī)構(gòu)，因此具有較高的安全性和可靠性。

1.2固體廢物重金屬檢測(cè)技術(shù)

固體廢物重金屬檢測(cè)技術(shù)是指對(duì)固體廢物中的重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)和分析的技術(shù)[2]。這些重金屬元素包括鉛、鎘、汞、鉻、砷等，它們對(duì)人體健康和環(huán)境都具有一定的危害性。固體廢物重金屬檢測(cè)技術(shù)可以通過(guò)樣品采集、前處理、分析測(cè)定和數(shù)據(jù)處理等步驟來(lái)完成。其中，分析測(cè)定是關(guān)鍵步驟，常用的分析方法包括原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等[3-4]。

1.3全程質(zhì)控管理技術(shù)

全程質(zhì)控管理技術(shù)是指在整個(gè)生產(chǎn)流程中，通過(guò)一系列的質(zhì)量控制手段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量管理和控制。全程質(zhì)控管理技術(shù)包括從原料采購(gòu)到產(chǎn)品出庫(kù)的全過(guò)程，通過(guò)采樣、檢測(cè)、記錄、分析和反饋等手段，不斷優(yōu)化和改進(jìn)生產(chǎn)流程，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可控性。全程質(zhì)控管理技術(shù)的主要目標(biāo)是確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)和要求，同時(shí)提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。目前環(huán)境檢測(cè)質(zhì)量控制體系（管理要求、技術(shù)要求）已經(jīng)基本建立，但在整個(gè)檢測(cè)活動(dòng)中，體系貫徹和落實(shí)的整個(gè)過(guò)程不透明、檢測(cè)結(jié)果難以回溯，檢測(cè)報(bào)告不夠準(zhǔn)確規(guī)范等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，有時(shí)還出現(xiàn)數(shù)據(jù)人為造假等違規(guī)違法行為，而現(xiàn)有技術(shù)和管理手段還不能做到全面有效防止數(shù)據(jù)失真。本研究嘗試?yán)脜^(qū)塊鏈技術(shù)，在固體廢物重金屬檢測(cè)的活動(dòng)中進(jìn)行全程序質(zhì)量控制，讓整個(gè)檢測(cè)活動(dòng)更為透明，更具可追溯性，對(duì)整個(gè)環(huán)境檢測(cè)行業(yè)具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

2模型理論研究

2.1建立檢測(cè)活動(dòng)全程質(zhì)控管理

本研究結(jié)合固體廢物重金屬檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及質(zhì)量管理體系的要求，對(duì)固體廢物重金屬檢測(cè)的活動(dòng)進(jìn)行全程序質(zhì)量控制。RB/T 214—2017《檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評(píng)價(jià)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)通用要求》、CNAL/AC01：2005和ISO/ IEC 17025：2017《測(cè)試和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的一般要求》以及實(shí)驗(yàn)室的《體系文件》（管理要求、技術(shù)要求）和內(nèi)控管理要求；HJ/T 20—1998《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》、分析方法標(biāo)準(zhǔn)等一系列相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

首先，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定樣品的采集、處理、檢測(cè)流程，包括確定樣品的采集點(diǎn)、采集方法、樣品的處理方法、檢測(cè)方法等。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要考慮到樣品的來(lái)源、數(shù)量、質(zhì)量等因素，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)樣品的質(zhì)量進(jìn)行控制，包括對(duì)樣品的存儲(chǔ)、傳輸、處理和檢測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控和管理。在質(zhì)量控制的過(guò)程中，需要采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，并建立一套完整的質(zhì)量控制體系。建立固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)全程質(zhì)控平臺(tái)模型還需要建立一套完整的質(zhì)量管理體系，包括質(zhì)量目標(biāo)的制定、質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)量和評(píng)估、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的控制和管理等。在質(zhì)量管理的過(guò)程中，需要不斷進(jìn)行監(jiān)督和改進(jìn)，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。涉及組織機(jī)構(gòu)管理、人員管理、場(chǎng)所環(huán)境、設(shè)備設(shè)施管理、合同管理、文件管理等。最后，實(shí)驗(yàn)完成后，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、處理、分析和解釋等。在數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中，需要采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，并進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化和呈現(xiàn)。

2.2理論基礎(chǔ)

1）去中心化。傳統(tǒng)的質(zhì)控平臺(tái)可能存在單一中心化節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，而區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)去中心化，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，從而減少單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)中，可以將數(shù)據(jù)記錄在多個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上，從而保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性[5]；2）不可篡改。區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)的不可篡改性。在建立固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)全程質(zhì)控平臺(tái)模型中，可以使用區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣可以防止數(shù)據(jù)被篡改和操縱。當(dāng)數(shù)據(jù)被寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈中時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合法性，并在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行廣播，從而確保數(shù)據(jù)的一致性和不可篡改性；3）可追溯。區(qū)塊鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯性，因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)塊都包含前一個(gè)數(shù)據(jù)塊的哈希值，這樣可以形成一條不可更改的數(shù)據(jù)鏈。在固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)中，可以使用區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)記錄數(shù)據(jù)的來(lái)源、處理和檢測(cè)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全程追溯。這可以有助于確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度，同時(shí)也可以提高數(shù)據(jù)的安全性和隱私性；4）智能合約。它是一種自動(dòng)化的合約，能夠在不需要第三方介入的情況下執(zhí)行和實(shí)現(xiàn)協(xié)議條款。在固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)中，智能合約可以將國(guó)標(biāo)、規(guī)范、體系要求、內(nèi)控要求等作為數(shù)字協(xié)議，以程序的形式固定在區(qū)塊鏈上，并能夠自動(dòng)執(zhí)行，從而保證檢測(cè)活動(dòng)的可靠性和持續(xù)性。

3設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該平臺(tái)由以下四部分組成（如圖1所示）。1）前端用戶界面。提供用戶注冊(cè)、登錄、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)查詢、質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)查詢等功能。2）智能合約。負(fù)責(zé)平臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯的處理，包括樣品信息的存儲(chǔ)、質(zhì)控信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的核驗(yàn)、質(zhì)控結(jié)果的生成等。3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。存儲(chǔ)所有樣品信息、質(zhì)控信息和檢測(cè)結(jié)果，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用IPFS（InterPlanetary File System）和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合方式，IPFS用于存儲(chǔ)大文件（如圖片、文件等），數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)其他數(shù)據(jù)[6]。4）數(shù)據(jù)核驗(yàn)。負(fù)責(zé)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)，判斷數(shù)據(jù)是否符合質(zhì)控要求，核驗(yàn)方式包括哈希算法和數(shù)字簽名。

3.1平臺(tái)功能

1）用戶注冊(cè)與登錄。用戶需要先完成注冊(cè)，并完成實(shí)名認(rèn)證。認(rèn)證成功后方可登錄平臺(tái)。2）數(shù)據(jù)上傳。用戶將固體廢物樣品信息、質(zhì)控信息、檢測(cè)結(jié)果等數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)，平臺(tái)會(huì)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)，核驗(yàn)通過(guò)后方可保存至區(qū)塊鏈上。3）數(shù)據(jù)查詢。用戶可查詢已上傳的數(shù)據(jù)，包括固體廢物樣品信息、質(zhì)控信息、檢測(cè)結(jié)果等，可進(jìn)行多維度查詢。4）質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)查詢。平臺(tái)提供質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)查詢功能，用戶可查詢所有質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和分析。5）數(shù)據(jù)核驗(yàn)。平臺(tái)會(huì)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希值比對(duì)和數(shù)字簽名核驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。6）數(shù)據(jù)備份。平臺(tái)采用IPFS和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合方式，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。7）質(zhì)控管理。平臺(tái)對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行全程質(zhì)控管理，包括質(zhì)量控制樣品的使用、數(shù)據(jù)核驗(yàn)、數(shù)據(jù)比對(duì)和分析等。

3.2平臺(tái)特點(diǎn)

1）去中心化。平臺(tái)采用區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的去中心化存儲(chǔ)和管理，數(shù)據(jù)不受單一機(jī)構(gòu)或個(gè)人控制，具有高度的可信度和可靠性。2）安全性。平臺(tái)采用哈希算法和數(shù)字簽名等技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性，同時(shí)采用IPFS和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合方式，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

3.3效能提升

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)全程質(zhì)控管理平臺(tái)模型具有許多優(yōu)勢(shì)和提升，包括提高檢測(cè)流程的效率和準(zhǔn)確性、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可信共享和交流、實(shí)現(xiàn)更加智能化的固體廢物重金屬檢測(cè)、提高檢測(cè)的精度和效率，并為政府和企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支撐。隨著區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，該模型的應(yīng)用將得到進(jìn)一步發(fā)展和推廣，未來(lái)還會(huì)涉及智能合約適配研究、智能設(shè)備的參與、數(shù)據(jù)分析和挖掘的落地等方面的拓展和應(yīng)用。

4總結(jié)

利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立實(shí)驗(yàn)室固體廢物重金屬檢測(cè)活動(dòng)全程質(zhì)控管理平臺(tái)模型，能夠?qū)⒒顒?dòng)的依據(jù)和要求以及質(zhì)量控制和質(zhì)量管理目標(biāo)固定到數(shù)字協(xié)議中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行和永久運(yùn)行。這不僅能夠提高實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可信，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)真準(zhǔn)全，還為區(qū)塊鏈技術(shù)在環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可行性和先進(jìn)性的嘗試，具有極強(qiáng)的示范作用和廣泛應(yīng)用前景。此外，區(qū)塊鏈技術(shù)還能夠?yàn)榄h(huán)境檢測(cè)行業(yè)的信息安全和數(shù)據(jù)隱私提供強(qiáng)有力的保障。

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【作者簡(jiǎn)介】

彭暉，男，1968年出生，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)楸O(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)管理。

（編輯：李鈺雙）