生物監測技術在水環境工程中的應用及研究

摘 要：自然界的水環境是通過各種形式的循環實現跨空間的各類水形態的轉化。水環境與人的生活息息相關，能直接或間接地影響人類的生活。水生態環境的污染和破壞導致生物多樣性減少，影響人和其他生物的健康。利用生物監測技術對水環境加強監測，通過監測結果了解和掌握更多的水環境現狀，從而實施針對性的水環境污染治理。本文介紹了生物監測技術的原理及其在水環境中應用的作用，探討了水環境工程的中的監測內容，根據監測內容分析生物監測技術在水環境工程中的應用。旨在為水環境保護與污染控制工程的系統化建設提供一些參考。

關鍵詞：生物監測技術;水環境工程;應用;環境保護;污染控制

隨著人類工業化進程的加深，社會發展速度雖然在不斷加快，但生態環境卻遭到了嚴重的污染和破壞。人類對水環境的污染和破壞導致被污染水體中的生物數量銳減，不少生物因此瀕臨滅絕。污染嚴重的水體周邊人的各類疾病發病率在不斷上升。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境保護的重要性。水環境監測技術是一種基于對水環境污染情況掌握下的針對性污染治理措施。通過對水環境的監測，我們可以了解到污染源和污染成分，再對癥采取措施，從而提高水環境污染治理的效果。生物監測技術是監測生物效價和安全性的核心技術。研究生物監測技術在水環境工程中的應用對提高水環境工程監測的安全性有著重要的意義。

一、生物監測技術概述

（一）生物監測的內涵

利用生物個體、種群或群落對環境污染或變化所產生的反應闡明環境污染狀況，從生物學角度為環境質量的監測和評價提供依據。生物監測技術來源于20世紀70年代對水污染及生物監測及研究。美國的《水和廢水質量的生物監測會議論文集》就有提到利用水生物監測技術監測各類水生生物，是研究水污染關系的重要依據。

（二）生物監測技術的原理

生物監測技術是利用個體對環境變化的影響來監測和評估環境的污染情況。生物監測技術在水環境工程中的應用是利用各類水生生物對環境變化的影響來監測和評估環境污染情況。它利用了毒性學方法和生態學方法的原理來實現對水生生物的監測。生物監測技術相對于傳統的物理監測與化學監測方法而言，具有較高的安全性和實用性優勢。理論上，它是對傳統的物理監測法與化學監測法的延伸和補充。主要用于花境監測與評價。毒理學原理在測定有毒物質在環境中的毒性作用方面有著明顯的應用優勢。生物監測技術可以分析水環境中污染物的綜合毒性，反應更加全面是水環境污染問題。動態化的監測過程能夠反應水環境長期污染情況，提供更加精準、真實的監測數據及環境污染的信息依據。它在綜合環境評價中能夠客觀真實的反映水環境中存在的各方面的污染問題，可用于預測和治理水環境污染的客觀理論依據。根據當前生物監測技術在我國水環境工程中國的應用情況來看，生物監測技術對當前生態系統中對未被污染的區域的危害能夠起到一定的預測作用，預防水生態環境遭到污染和破壞。由此可見，生物監測技術在水環境工程中的應用對維持長期有效的環境保護意義深遠。

（三）生物監測技術在水環境工程中的應用作用

生物監測技術可以綜合性的監測水環境，監測過程可以體現動態化和實時性。將生物監測技術應用到水環境工程中，有助于提高水環境監測的效率，及時獲取水環境中生物物質變化的進程，掌握系統、完整化的生物變化過程。基于對生物監測信息的分析，還可以有效預見水環境的變化，通過前期污染預測可能發生的水體污染問題，起到預報環境污染的作用。傳統的物理監測法及化學監測法對水環境細微的變化監測效果不明顯，而生物監測技術能夠更加敏感地捕捉到水環境細微的變化，從污染前天起預測細小的污染經過長期的積累后演變的結果，起到預報污染變化的作用。對一些具有長期危害且其危害大、毒性范圍小的水土污染，生物監測技術的成本低、效率高。在廣泛的監測水環境污染問題時，有助于降低水環境監測成本的作用。

二、水環境工程中的監測內容

水環境工程中監測的主要內容為動物、植物、微生物在環境中的分布、生長、發育狀況、省力化指標、生態系統變化及其與環境污染的關系。生物監測法時測定環境污染物毒性的有效方法。對動物、植物及微生物的群落生態、個體生態、攜帶的毒性、致突變因素、體內殘留物等指標的測定，是了解水環境污染情況的重要依據。生物監測獲得的監測信息能夠更加確切的反映污染因子對人和生物的危害及花境污染的綜合影響。在環境污染物較低的情況下，利用某些生物對特定污染物的敏感性，對水環境污染危害人體做早期的診斷和預測。由于生物監測技術不能獲得理化監測那樣具體準確的數據，為了更加全面、準確地評價水環境質量，生物監測技術在水環境工程中應用時可以結合理化監測技術及其數據，將理化監測數據作為生物監測結果的補充，來評價生物反應現象。

三、生物監測技術在水環境工程中的應用

（一）微生物群落監測技術

微生物群落監測技術用于監測水環境中的細菌、水藻及原生物等微生物。水環境中的各類微生物的數量、出現頻率能夠反映一個階段內水環境的情況。微生物群落監測技術主要監測指標有微生物園中類型、多樣性指數、異養指數、鞭毛百分率。采用聚氨酯塑料收集水樣，結合數據計算方法計算微生物的分布指數，評價水環境污染程度。理論上，水環境污染情況是個動態化的過程。污染條件也在不斷的發生變化。微生物監測技術對微生物評價指標應根據污染條件的變化不斷擴展和擴充，以提高水環境污染評價的全面性。

（二）生物行為反應監測技術

生物行為反應監測技術用于監測微生物污染時發生的行為變化。部分微生物在受到敏感的污染條件時，會發生明顯的生物變化、行為變化或壓力性反應。這些指標能夠較為準確的反映環境污染存在的問題。例如斑馬魚、金魚等，對外部環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的變化的指標，來評價監測區域水環境的污染問題。斑馬魚與人體具有很多相似的行為反應。監測斑馬魚的反應在指示水環境污染對人體的危害方面具有極高的應用價值。

（三）發光細菌監測技術

細菌廣泛存在與水環境中。監測水環境中的細菌類型、數量，在評價水環境的安全性方面有著重要的應用價值。目前，我國的細菌監測技術已經相當成熟。細菌監測技術的成熟性確保了水環境安全性監測的有效性。發光細菌技術利用一些細菌細胞的發光特性來監測污染物及其徐俊遺傳毒性。該技術通過生物毒性探測器實現水環境細菌毒性的監測。生物毒性探測器具有毒性監測效率快、結果精準、操作方便等應用優勢。采用生物毒性探測器，最快可在3小時內獲得水環境細菌及毒性監測結果。

（四）底棲和兩棲監測技術

底棲、兩棲動物數量是生物監測水質的重要指標。底棲、兩棲動物對生存的水環境要求極高。底棲和兩棲監測技術是通過監測底棲、兩棲生物的生理、行為等指標來評價水質及水環境污染問題的。主要指標有Saprobic指標和BI指標兩類。底棲和兩棲動物的監測指標是完整評價水環境變化的重要指標。

（五）生物傳感器監測技術

生物傳感器監測技術借助傳感器自動捕捉和識別信號的功能，用以監測部分生物有機體做出的應急響應。生物有機體的應急響應能夠反映水環境污染變化情況，可作為指示水環境污染的應急電信號。電信號是間接測量和評價水環境中污染物濃度的重要依據。監測到的電信號結合有機體DNA重組技術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、復雜的水環境污染指標。

四、應用前景分析

生物監測技術在水環境工程中的應用有監測水環境污染動態、預測污染發展情況、降低水環境監測成本、提高水環境監測效率和質量的作用。它的應用優勢及其作用決定了其在未來有廣闊的市場前景。未來，水環境監測將廣泛面向水環境展開，來提高水環境污染的監測和保護。微生物監測技術成本低、易操作、毒性小、適用范圍廣，又能提供實時的監測，根據監測預測未來污染情況。對水環境的監測是水環境污染治理的必然條件。未來，隨著生物監測技術水平的提升，生物監測技術將應用到解決更加復雜的水環境系統工程問題。它能為環境治理提供客觀、精準的治理依據，在復合污染嚴重的水環境綜合治理中發揮更加重要的作用。

五、結語

水資源作為所有生物賴以生存的生命源泉，對于人類社會及其文明的可持續發展意義重大。為了人類文明的可持續發展，人類必須加強水環境保護及污染控制，構建和維護長期的水生態平衡狀態。生物監測技術是監測水環境生物安全性必不可少的技術。微生物群落監測技術、生物行為反應監測技術、發光細菌監測技術、底棲和兩棲監測技術、生物傳感器監測技術能夠為水環境工程中水體的微生物、生物行為、細菌、兩棲生物、底棲生物的生物動態監測提供技術支撐，同時監測水體中的非金屬無機物及其他污染物，了解生物生存狀態及其安全性，為水環境生物保護及污染治理提供依據。鑒于其在水環境工程監測中的重要性，建議加大對生物監測技術在水環境工程中應用的研究和推廣。

參考文獻：

[1]黃東龍.基于計算機視覺的水體突發性污染在線生物監測預警研究[D].華南理工大學，2011.

[2]王軍.生物監測技術在水環境工程中的應用及研究[J].資源節約與環保，2020（01）：148.

[3]吳芳.生物監測技術在水環境工程中的應用及研究[J].居舍，2019（25）：164.

[4]張述偉，孔祥峰，姜源慶，呂婧，吳寧，張婧，馬然，鄒妍.生物監測技術在水環境中的應用及研究[J].環境保護科學，2015（05）：103-107.

[5]唐宇梅.三峽庫區水體PAHs污染物生物監測的研究[D].中國科學院大學（中國科學院重慶綠色智能技術研究院），2017.

[6]李民峰，李俊萱.基于生物監測技術在水環境中的應用及研究[J].低碳世界，2019（08）：52-53.

作者簡介：李旭暉（1999— ），男，漢族，云南昆明人，本科，研究方向：生物工程。