生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

曹華偉

（山東拓恒安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司，山東濰坊 261000）

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，不僅是應(yīng)對當(dāng)前水環(huán)境改善的重要舉措，同時也是適應(yīng)工業(yè)行業(yè)迅速發(fā)展、水環(huán)境污染問題嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)水平提升，但是環(huán)境矛盾越發(fā)突出的有效路徑。為了進(jìn)一步提高水環(huán)境處理水平，滿足水環(huán)境監(jiān)測的高標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)打破傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測的局限，加大生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用力度，提高水環(huán)境監(jiān)測的精準(zhǔn)性與及時性，真正對水環(huán)境變化做到準(zhǔn)確、及時、客觀地評價。了解水環(huán)境具體情況，為水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量的提高與監(jiān)測系統(tǒng)的完善提供更多參考。

1 生物監(jiān)測技術(shù)剖析

水環(huán)境與城市發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善以及居民生活息息相關(guān)。低碳概念下，水環(huán)境保護(hù)意識不斷增多，及時采取有效措施完善水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，以此來提高水環(huán)境質(zhì)量。水環(huán)境與生物之間有千絲萬縷的聯(lián)系，兩者相互影響[1]。水環(huán)境中包含很多生物，一旦水環(huán)境中污染物出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)，必然會對生物造成干擾，打亂正常生長規(guī)律，影響生物健康繁殖。除此之外，污染物得不到及時處理，出現(xiàn)遷移或者富集等現(xiàn)象，對生物的影響更加明顯[2]。生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，主要通過生物學(xué)效應(yīng)的方式，從敏感性角度對不同生物體展開分析，同時對水污染現(xiàn)象進(jìn)行客觀評價，以此明確水污染類型。生物監(jiān)測技術(shù)實際應(yīng)用中監(jiān)測匯總詳見表1。

表1 不同生物水平的生物監(jiān)測技術(shù)

續(xù)表

2 生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)劣勢匯總

2.1 生物監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢

水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用生物監(jiān)測技術(shù)，在生物學(xué)效應(yīng)的支持下，及時對污染物有更全面地了解，尤其是生物體受到污染物所出現(xiàn)的變化等都可以直觀表現(xiàn)。部分生物監(jiān)測中，對比精密儀器的監(jiān)測，生物對水環(huán)境監(jiān)測的靈敏性更高[3]。不僅如此，生物面對水環(huán)境中的污染物，會出現(xiàn)不同的應(yīng)急反應(yīng)。水環(huán)境污染現(xiàn)象的出現(xiàn)，多數(shù)以復(fù)合型污染物為主。傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測中，主要應(yīng)用物理與化學(xué)監(jiān)測方法，實際監(jiān)測中存在局限性，雖然能夠?qū)雾椢廴具M(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，但是面對多種污染物的情況下，監(jiān)測精準(zhǔn)性受到干擾[4]。生物監(jiān)測能夠打破這方面的局限，同時完成多種污染物監(jiān)測，既可以提高水污染監(jiān)測精準(zhǔn)性與效率，同時還能夠簡化監(jiān)測操作，降低監(jiān)測成本，順利得到水污染監(jiān)測數(shù)值[5]。

2.2 生物監(jiān)測技術(shù)劣勢

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用雖然具有明顯優(yōu)勢，但是也表現(xiàn)出部分缺陷。監(jiān)測靈敏度高，但是濃度監(jiān)測準(zhǔn)確性差，很多應(yīng)用還在嘗試階段，沒有形成系統(tǒng)的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面不明確。環(huán)境因素存在多邊形，生物監(jiān)測方法實際應(yīng)用中，會出現(xiàn)不明確影響因素的情況。生物監(jiān)測技術(shù)需要消耗較長監(jiān)測時間，因此在實際應(yīng)用中會還需不斷磨合。

3 水環(huán)境中生物監(jiān)測常用技術(shù)

3.1 微生物群落監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

水環(huán)境監(jiān)測是保證水質(zhì)安全、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵內(nèi)容。水環(huán)境監(jiān)測過程中，結(jié)合傳統(tǒng)物理、化學(xué)監(jiān)測方法，加大生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用力度，其中微生物群落監(jiān)測技術(shù)最為常見。通過對水環(huán)境中微型生物頻率的統(tǒng)計，尤其是細(xì)菌或者原生物、藻類等，觀察數(shù)量變化，準(zhǔn)確掌握水環(huán)境實際狀態(tài)。這種監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用是生物監(jiān)測技術(shù)最早的體現(xiàn)形式。利用數(shù)學(xué)計算方式，以聚氨酯塑料為載體，及時對水環(huán)境樣品進(jìn)行采集處理，掌握微生物具體情況，并計算出分布指數(shù)，從而了解水環(huán)境污染情況。微生物群落監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用中不斷成熟，為水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的完善以及監(jiān)測水平的提高提供了更多幫助。

3.2 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，是當(dāng)前生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用最成熟的技術(shù)之一。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)以細(xì)胞發(fā)光為基礎(chǔ)，綜合對水環(huán)境中的污染物遺傳毒性研究，準(zhǔn)確剖析水環(huán)境水質(zhì)毒性。當(dāng)然在監(jiān)測中會應(yīng)用到水質(zhì)毒性監(jiān)測儀等一系列設(shè)備。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)不僅提高了水環(huán)境監(jiān)測水平，同時為改善國民生活提供了安全保障。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測周期短，將監(jiān)測結(jié)果的獲取時間逐漸縮短到3h。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中具有明顯應(yīng)用優(yōu)勢，不僅操作更加便捷，同時監(jiān)測靈敏度非常高，能夠迅速取得監(jiān)測結(jié)果。除此之外，還可以搭配紫外線分光分度法，打破生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用限制，改善生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用問題，取得理想的應(yīng)用監(jiān)測效果。

4 水環(huán)境監(jiān)測中發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用實例

利用發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)，針對河南省鄭州市某水域展開監(jiān)測。該水域跨度長，并且分布范圍廣，水網(wǎng)縱橫交錯，由于近些年工業(yè)發(fā)展迅速，排水等的影響下，水域污染情況比較復(fù)雜。為了有效改善水環(huán)境，在基礎(chǔ)化學(xué)監(jiān)測情況下，加大生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用力度，及時掌握水域中的毒性物質(zhì)，有效改善水體監(jiān)管不足。

4.1 水環(huán)境監(jiān)測過程

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用，以生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)為載體，第一及時培養(yǎng)發(fā)光菌，并做好保存處理工作。第二利用發(fā)光測量的方式，及時了解水樣與發(fā)光菌融合后的表現(xiàn)，待發(fā)光測量完成后，及時開展質(zhì)控處理，做好清洗工作。完成上述測試步驟后，以雙光路對照監(jiān)測技術(shù)，通過毒性儀，對參考水樣、待測水樣進(jìn)行測量。在雙光路測量理論的支持下，觀察樣品的變化。

4.2 培養(yǎng)并保存發(fā)光菌

發(fā)光菌是發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的核心，監(jiān)測方法實施之前，發(fā)光細(xì)菌主要以凍干粉的結(jié)構(gòu)保存，并且屬于固定化的休眠狀態(tài)。發(fā)光細(xì)菌保存要求溫度必須≤-20℃，這是保證發(fā)光細(xì)菌活性的重要條件。發(fā)光細(xì)菌使用過程中，將其放置于常溫環(huán)境中，以復(fù)蘇稀釋液進(jìn)行復(fù)蘇，時間為15min，隨后放置到提前準(zhǔn)備好的特氟龍恒溫孵育倉，溫度為5℃。為了預(yù)防發(fā)光細(xì)菌出現(xiàn)溶液沉淀現(xiàn)象，需放置攪拌子，在放置期間不停攪拌。發(fā)光細(xì)菌復(fù)蘇后1周是最長壽命周期。

4.3 測量過程

觀察發(fā)光細(xì)菌孵育情況，待其達(dá)到理想狀態(tài)后，將發(fā)光細(xì)菌抽出，注入待監(jiān)測的反應(yīng)池中，隨后還要在另一個反應(yīng)池中注入待測水樣，待發(fā)光細(xì)菌與待測水樣混合，開始對發(fā)光量進(jìn)行監(jiān)測，以S0表示。t分鐘接觸后，再次對發(fā)光量進(jìn)行監(jiān)測，以S表示。這個過程需要注意，默認(rèn)接觸時間t=30min。及時對測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計整理并保存。

待測量全部結(jié)束，及時清洗實驗監(jiān)測所應(yīng)用到的儀器，尤其是光路方面必須清洗到位，避免出現(xiàn)交叉污染的現(xiàn)象。

4.4 在線集成處理

根據(jù)水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的實際情況，及時接入監(jiān)測儀器，在上位機(jī)的有效控制下，對水域展開全天候、實時、持續(xù)性監(jiān)測。測試流程的間隔時間設(shè)定為4h，若出現(xiàn)突發(fā)狀況，需將測試流程間隔時間調(diào)整為1h。在線完成測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計，隨后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破脚_。除此之外，在儀器自帶網(wǎng)絡(luò)模塊的支持下，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測水域情況，同時對儀器的運行情況實時控制。為了方便故障診斷，加入觸發(fā)調(diào)試功能，保證儀器的正常運行。

4.5 監(jiān)測結(jié)果整理

監(jiān)測結(jié)果整理中，主要涉及毒物測試與常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)下生物毒性相關(guān)性分析。其中毒物測試結(jié)果見表2。

表2 不同濃度毒物測試結(jié)果整理

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)還對水環(huán)境中的有機(jī)磷農(nóng)藥以及甲醇等展開毒性測試，阿特拉津以2.5mg/L濃度為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測中相對發(fā)光度經(jīng)監(jiān)測達(dá)到58%，由此可以看出存在明顯毒性。甲醇污染監(jiān)測中，25mg/L的情況下，發(fā)光度監(jiān)測結(jié)果為88%，相對來講毒性并不大。水樣本中有機(jī)磷農(nóng)藥的監(jiān)測，相對發(fā)光度監(jiān)測結(jié)果為16%。常規(guī)監(jiān)測與生物毒性相關(guān)性研究，利用電導(dǎo)率完成監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到相關(guān)性監(jiān)測數(shù)值，r=0.731。

5 結(jié)束語

對于水環(huán)境監(jiān)測來講，不僅是保證水環(huán)境安全的基礎(chǔ)，同時也是改善由工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)等所造成的水環(huán)境污染的必然選擇。城市發(fā)展速度加快，工業(yè)用水需求增加，有生產(chǎn)就會有廢水排出，水環(huán)境受到這些因素的影響污染問題逐漸嚴(yán)重。如果不能妥善處理水環(huán)境污染問題，必然會威脅到生態(tài)鏈的平衡，威脅生態(tài)環(huán)境安全。面對這種情況，水環(huán)境監(jiān)測在物理監(jiān)測與化學(xué)監(jiān)測基礎(chǔ)上，積極應(yīng)用生物監(jiān)測技術(shù)。結(jié)合生物監(jiān)測技術(shù)中的發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用展開實例分析，掌握生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點，明確應(yīng)用優(yōu)勢的同時，總結(jié)應(yīng)用不足，進(jìn)一步完善生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用方案。生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，還需結(jié)合水環(huán)境監(jiān)測實際情況展開，實時掌握水體污染狀況，為水環(huán)境的改善提供可靠建議。