生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用及研究

程信偉

摘要：隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的加深，社會發(fā)展速度雖然在不斷加快，但生態(tài)環(huán)境卻遭到了嚴(yán)重的污染和破壞。人類對水環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致被污染水體中的生物數(shù)量銳減，不少生物因此瀕臨滅絕。污染嚴(yán)重的水體周邊人的各類疾病發(fā)病率在不斷上升。人越來越多的疑難雜癥及生物多樣性弱堿問題讓人類意識到水環(huán)境保護(hù)的重要性。水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是一種基于對水環(huán)境污染情況掌握下的針對性污染治理措施。通過對水環(huán)境的監(jiān)測，我們可以了解到污染源和污染成分，再對癥采取措施，從而提高水環(huán)境污染治理的效果。生物監(jiān)測技術(shù)是監(jiān)測生物效價和安全性的核心技術(shù)。研究生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用對提高水環(huán)境工程監(jiān)測的安全性有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：生物監(jiān)測技術(shù);水環(huán)境工程;應(yīng)用;環(huán)境保護(hù)

在生態(tài)文明建設(shè)深化推進(jìn)背景下，水環(huán)境管理要求增多，在原本水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，要求水環(huán)境保持生態(tài)健康。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，環(huán)境監(jiān)測人員應(yīng)采取生物監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的生態(tài)管理。但和水質(zhì)理化監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)仍存在一定不足，需明確其未來發(fā)展方向，大力推廣核心技術(shù)。

1生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用作用

生物監(jiān)測技術(shù)可以綜合性的監(jiān)測水環(huán)境，監(jiān)測過程可以體現(xiàn)動態(tài)化和實(shí)時性。將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用到水環(huán)境工程中，有助于提高水環(huán)境監(jiān)測的效率，及時獲取水環(huán)境中生物物質(zhì)變化的進(jìn)程，掌握系統(tǒng)、完整化的生物變化過程?；趯ι锉O(jiān)測信息的分析，還可以有效預(yù)見水環(huán)境的變化，通過前期污染預(yù)測可能發(fā)生的水體污染問題，起到預(yù)報(bào)環(huán)境污染的作用。傳統(tǒng)的物理監(jiān)測法及化學(xué)監(jiān)測法對水環(huán)境細(xì)微的變化監(jiān)測效果不明顯，而生物監(jiān)測技術(shù)能夠更加敏感地捕捉到水環(huán)境細(xì)微的變化，從污染前天起預(yù)測細(xì)小的污染經(jīng)過長期的積累后演變的結(jié)果，起到預(yù)報(bào)污染變化的作用。對一些具有長期危害且其危害大、毒性范圍小的水土污染，生物監(jiān)測技術(shù)的成本低、效率高。在廣泛的監(jiān)測水環(huán)境污染問題時，有助于降低水環(huán)境監(jiān)測成本的作用。

2生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1細(xì)菌監(jiān)測

英國的AMTOX檢測儀和日本的固定化菌膜傳感器，主要通過判定水中有毒物質(zhì)對硝化細(xì)菌硝化作用強(qiáng)度的影響來監(jiān)測水質(zhì)。荷蘭TOXcontrol系統(tǒng)、美國的Microtox系統(tǒng)和Deltatox系統(tǒng)、韓國多通道連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)及我國的BHP9541檢測儀等，主要選用體內(nèi)含有熒光素、熒光酶的發(fā)光細(xì)菌，當(dāng)發(fā)光細(xì)菌受到有毒物質(zhì)影響時，其酶活性會下降，發(fā)光強(qiáng)度也會隨之減弱，通過發(fā)光強(qiáng)度來監(jiān)測水質(zhì)。細(xì)菌監(jiān)測方法對有機(jī)污染物和重金屬的監(jiān)測具有較高的靈敏度，技術(shù)成熟，結(jié)果可靠，已經(jīng)被德國列入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但細(xì)菌監(jiān)測方法普遍技術(shù)相對復(fù)雜，價格昂貴，替換成本較高。

2.2魚類監(jiān)測

魚類作為水質(zhì)監(jiān)測最早使用的物種，因其對水質(zhì)變化的敏感性及運(yùn)動狀態(tài)特征參數(shù)易提取等優(yōu)勢成為理論和應(yīng)用最成熟的物種。當(dāng)魚體受到污染物的刺激后，其生態(tài)學(xué)行為會呈現(xiàn)典型的規(guī)律性，可通過其回避行為、正趨流性行為、聚集行為及腮呼頻率、擺尾頻率、撞壁頻率，甚至死亡為終點(diǎn)進(jìn)行判定。同時，由于生物的富集效應(yīng)，也可輔助水質(zhì)污染事件溯源追查。由于斑馬魚的基因與人類基因相似度達(dá)87%以上，特別是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)達(dá)，擁有監(jiān)測靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被稱為水中小白鼠。目前，國內(nèi)外學(xué)者選用斑馬魚、鯖鳉魚作為監(jiān)測魚類開展的研究較多，應(yīng)用產(chǎn)品也較多。比如，德國的Toxprotect系統(tǒng)、日本的Seiko系統(tǒng)、新加坡的FAMS系統(tǒng)及國內(nèi)的BEWs系統(tǒng)、RTB系統(tǒng)等。魚類監(jiān)測方法靈敏度較高，對輔助監(jiān)測設(shè)備要求不高，可靠性較好，但由于選用魚種為熱帶魚，且對水溫有特殊敏感性，需對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，技術(shù)流程較為復(fù)雜，運(yùn)行成本偏高，普適性和可操作性依然較低。

2.3生物傳感器監(jiān)測技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測技術(shù)借助傳感器自動捕捉和識別信號的功能，用以監(jiān)測部分生物有機(jī)體做出的應(yīng)急響應(yīng)。生物有機(jī)體的應(yīng)急響應(yīng)能夠反映水環(huán)境污染變化情況，可作為指示水環(huán)境污染的應(yīng)急電信號。電信號是間接測量和評價水環(huán)境中污染物濃度的重要依據(jù)。監(jiān)測到的電信號結(jié)合有機(jī)體DNA重組技術(shù)對生物做更加深入的研究，來幫助我們了解生物體攜帶的中毒素及其含量，獲得更加全面、復(fù)雜的水環(huán)境污染指標(biāo)。

例如，某市在飲用水環(huán)境監(jiān)測中，應(yīng)用毒性試驗(yàn)，設(shè)定不同濃度與劑量的重金屬離子（鉻離子、汞離子）、農(nóng)藥（敵敵畏）及有機(jī)物（三氯甲烷、二甲苯），將大型溞暴露于環(huán)境中，觀察大型溞的運(yùn)動異常反應(yīng)。結(jié)合大型溞異常運(yùn)動的時長，構(gòu)建生物水質(zhì)監(jiān)測指示系統(tǒng)，對水源地、自來水廠等區(qū)域的水質(zhì)進(jìn)行毒性試驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)毒性超標(biāo)現(xiàn)象，保障飲用水安全。

2.4生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)

生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)用于監(jiān)測微生物污染時發(fā)生的行為變化。部分微生物在受到敏感的污染條件時，會發(fā)生明顯的生物變化、行為變化或壓力性反應(yīng)。這些指標(biāo)能夠較為準(zhǔn)確的反映環(huán)境污染存在的問題。例如斑馬魚、金魚等，對外部環(huán)境污染的變化感知及其敏感。斑馬魚、金魚的生理變化、行為變化等，可以作為指示淡水水質(zhì)的變化的指標(biāo)，來評價監(jiān)測區(qū)域水環(huán)境的污染問題。斑馬魚與人體具有很多相似的行為反應(yīng)。監(jiān)測斑馬魚的反應(yīng)在指示水環(huán)境污染對人體的危害方面具有極高的應(yīng)用價值。

2.5微生物群落監(jiān)測技術(shù)

微生物群落監(jiān)測技術(shù)用于監(jiān)測水環(huán)境中的細(xì)菌、水藻及原生物等微生物。水環(huán)境中的各類微生物的數(shù)量、出現(xiàn)頻率能夠反映一個階段內(nèi)水環(huán)境的情況。微生物群落監(jiān)測技術(shù)主要監(jiān)測指標(biāo)有微生物園中類型、多樣性指數(shù)、異養(yǎng)指數(shù)、鞭毛百分率。采用聚氨酯塑料收集水樣，結(jié)合數(shù)據(jù)計(jì)算方法計(jì)算微生物的分布指數(shù)，評價水環(huán)境污染程度。理論上，水環(huán)境污染情況是個動態(tài)化的過程。污染條件也在不斷的發(fā)生變化。微生物監(jiān)測技術(shù)對微生物評價指標(biāo)應(yīng)根據(jù)污染條件的變化不斷擴(kuò)展和擴(kuò)充，以提高水環(huán)境污染評價的全面性。

3.結(jié)束語

生物監(jiān)測技術(shù)是監(jiān)測水環(huán)境生物安全性必不可少的技術(shù)。微生物群落監(jiān)測技術(shù)、生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)、發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)、底棲和兩棲監(jiān)測技術(shù)、生物傳感器監(jiān)測技術(shù)能夠?yàn)樗h(huán)境工程中水體的微生物、生物行為、細(xì)菌、兩棲生物、底棲生物的生物動態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)支撐，同時監(jiān)測水體中的非金屬無機(jī)物及其他污染物，了解生物生存狀態(tài)及其安全性，為水環(huán)境生物保護(hù)及污染治理提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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