生物監測技術在水環境工程中的應用及研究

程信偉

摘要：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。

關鍵詞：生物監測技術;水環境工程;應用;環境保護

在生態文明建設深化推進背景下，水環境管理要求增多，在原本水質達標的基礎上，要求水環境保持生態健康。為實現該目標，環境監測人員應采取生物監測技術，實現水環境的生態管理。但和水質理化監測技術相比，生物監測技術仍存在一定不足，需明確其未來發展方向，大力推廣核心技術。

1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。

2生物監測技術在水環境工程中的應用要點

2.1細菌監測

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對硝化細菌硝化作用強度的影響來監測水質。荷蘭TOXcontrol系統、美國的Microtox系統和Deltatox系統、韓國多通道連續監測系統及我國的BHP9541檢測儀等，主要選用體內含有熒光素、熒光酶的發光細菌，當發光細菌受到有毒物質影響時，其酶活性會下降，發光強度也會隨之減弱，通過發光強度來監測水質。細菌監測方法對有機污染物和重金屬的監測具有較高的靈敏度，技術成熟，結果可靠，已經被德國列入標準規范。但細菌監測方法普遍技術相對復雜，價格昂貴，替換成本較高。

2.2魚類監測

魚類作為水質監測最早使用的物種，因其對水質變化的敏感性及運動狀態特征參數易提取等優勢成為理論和應用最成熟的物種。當魚體受到污染物的刺激后，其生態學行為會呈現典型的規律性，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，甚至死亡為終點進行判定。同時，由于生物的富集效應，也可輔助水質污染事件溯源追查。由于斑馬魚的基因與人類基因相似度達87%以上，特別是神經系統發達，擁有監測靈敏度高等優點，被稱為水中小白鼠。目前，國內外學者選用斑馬魚、鯖鳉魚作為監測魚類開展的研究較多，應用產品也較多。比如，德國的Toxprotect系統、日本的Seiko系統、新加坡的FAMS系統及國內的BEWs系統、RTB系統等。魚類監測方法靈敏度較高，對輔助監測設備要求不高，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，需對進水進行預處理，技術流程較為復雜，運行成本偏高，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。

例如，某市在飲用水環境監測中，應用毒性試驗，設定不同濃度與劑量的重金屬離子（鉻離子、汞離子）、農藥（敵敵畏）及有機物（三氯甲烷、二甲苯），將大型溞暴露于環境中，觀察大型溞的運動異常反應。結合大型溞異常運動的時長，構建生物水質監測指示系統，對水源地、自來水廠等區域的水質進行毒性試驗，及時發現水質毒性超標現象，保障飲用水安全。

2.4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。

2.5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。

3.結束語

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。

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.