生物監測技術在工業廢水監測領域的應用研究

錢磊

【摘要】目前，我國的現代化建設的發展迅速，生物監測可以系統反映污染物對生物生長的影響及其在生物體內的轉化和遷移，在水環境監測與生態健康管理中的重要性日益突出。伴隨著工業化的快速發展，中國水環境污染問題依然嚴峻，工業廢水治理和排放問題仍舊突出。為進一步保障工業廢水出水及受納水體水質安全，迫切需要在工業廢水監測中引入生物監測技術。對傳統微生物群落監測法、水生生物毒性監測法和基于分子生物學技術的微生群落監測法等在工業廢水監測領域的研究及應用進行了綜述，并對存在的問題進行了總結。建議后續進一步完善工業廢水生物監測體系時，參考國外成熟經驗，制定出符合國內需求及特征的工業廢水生物監測方法與評價標準，以便更好地掌握工業區整體環境健康及污染狀況。

【關鍵詞】生物監測技術;工業廢水監測領域;應用研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

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。

1、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。

2、優化措施分析

2.1魚類毒性測試法

與低等實驗生物相比，魚類是水體中群落級別較高的動物，使用魚類作為受試生物的廢水毒性測定方法已相對成熟，目前已被廣泛應用于行業廢水毒性測試與評價。在ISO、OECD和歐盟等組織的相關標準中，主要通過觀察成魚和仔魚外觀和行為的改變，或通過獲取LC50來判斷成魚的毒性效應，從而確定受試水體的污染程度。作為標準毒性測試生物，斑馬魚與人類的基因相似度接近90%，由斑馬魚毒性測試結果可以間接推導出污染物對人類潛在的致毒機制。以斑馬魚的LC50作為評價指標，對不同企業排放的工業廢水進行了急性毒性試驗，發現不同行業廢水的濃度變化與毒性效應均成正相關，其中電子行業廢水毒性最大。采用斑馬魚幼魚和胚胎對制革廢水進行了毒性評價，發現斑馬魚胚胎對制革廢水的敏感性明顯高于幼魚。

2.2生物監測技術

生物監測技術是利用生物體對污染物或環境變化所產生的敏感性來判斷水體環境的污染程度，與理化監測共同構成水環境監測的基本內容。隨著水環境保護工作的深入推進，常規的理化監測技術已無法全面、客觀地說明水環境質量狀況，由水環境質量變化引起的生物學變化過程則能直接反映出水環境質量對生態系統的影響。生物監測技術主要有以下幾方面特點：可在一定區域內反映水體長期受污染狀況;某些生物對特定污染物或微量污染物具有高度敏感性，克服了部分儀器檢測受限的問題;在生態系統中，通過食物鏈可將微量污染物質進行富集，當達到食物鏈末端時，污染物濃度可提高至數萬倍;同一生物針對不同污染物類型具有不同的癥狀反應。生物監測技術應與傳統監測技術相互配合，共同為水環境管理持續助力，但生物監測耗時長、不同地域生物存在差異性、指示生物對毒物耐受性研究不深入等都說明生物監測技術仍具有廣闊的發展空間。

2.3基于分子生物學技術的微生物群落監測法

過去，工業廢水大多未經處理直接排放至自然水體，而如今大部分污水均通過污水處理廠或納入污水處理管網處理后達標排放，導致排水中微生物群落的數量及種類較過去大幅下降，因此，如仍采取傳統PFU法進行微生物群落監測，存在富集時間長、時效性差等問題。不斷發展的分子生物學技術為微生物群落監測提供了新方向，該技術可以同時從物種和基因水平評估微生物群落的豐度和多樣性等特征。基于核酸雜交的微生物群落分析方法是在一定條件下以被標記的特異性單鏈核苷酸片段為探針，根據堿基互補配對原則，與目標樣品中微生物的核苷酸形成雜交分子，從而通過自顯影或者發光技術對微生物群落結構進行分析。利用該技術可以在短時間內對廢水中的菌種豐度、多樣性和一些重要致病菌進行檢測，提高了微生物檢測的時效性。核酸雜交技術無需對目標基因進行聚合酶鏈式反應（PCR），可以減少PCR過程中產生的誤差，但未經擴增的基因濃度較低，也會給檢測帶來困難。同時，由于微生物存在亞群類的差異，如果設計的探針核苷酸序列與某些亞群目標基因的互補性較差，會造成某些微生物群落檢測結果的假陰性。PCR技術則是通過選取目標微生物的特異性基因進行體外脫氧核糖核酸（DNA）合成反應，然后對擴增后的產物進行分析，從而確定環境基質中微生物的種類與含量。相比傳統的微生物監測方法，PCR技術特異性好、靈敏度高，且具有較高的可重復性。就工業廢水而言，利用PCR技術可以對樣品中的微生物群落結構進行更詳盡的深度分析。通過采用16SrRNA特異性片段進行PCR擴增，可以對廢水中的微生物進行精準鑒定和定量分析。基于16SrDNA的PCR-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）技術則是利用不同序列組成的DNA在變性梯度電泳膠上變性后跑膠速度的不同，來區分、鑒別不同的DNA片段。提取樣本中微生物的DNA后，通過對特征序列進行PCR擴增，再利用DGGE方法分離擴增后的PCR產物，可以客觀、完整地判斷廢水中微生物群落的組成及功能。采用PCR-DGGE技術分析石化、冶金和制藥廢水處理系統中的微生物結構，發現不同廢水中的微生物群落多樣性和結構差異很大，研究結果對于優化不同類型工業廢水處理系統中活性污泥的微生物工藝具有重要意義。

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]何志峰.水質自動監測系統在水環境中的技術應用[J].節能，2019，38（07）：80-81.