生物監測技術在工業廢水污染監測中的應用探討

萬夢雪

?摘 要 工業化進程的深入推進促使區域經濟得以迅猛發展，但也致使廢水污染問題愈發突出。為落實“雙碳”目標，減少污水、廢水排放，保障水體水質安全，加強對水環境污染監測技術的研究與應用至關重要。鑒于此，文章結合實踐就工業廢水污染監測中生物監測技術的應用展開分析探討，以期為生物監測技術在相關行業中的應用提供借鑒。

關鍵詞 生物監測技術 工業廢水 污染監測

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0052-03

1 生物監測技術的概念

水是生命之源。在大自然中，有很多生物與水環境密切聯系、互相依存，如果水環境發生污染，將會對生物造成重要影響，輕則干擾生物的正常生長、繁殖，重則導致生物基因變異，甚至滅絕。生物監測技術主要是利用生物學原理和關聯效應，對水環境中有關的生物體發育、繁殖、存活等各類形態進行分析，通過對其敏感性、反應度的研究，判斷水體污染情況，且不同生物水平所采用的生物監測技術也有所不同，如表1所示。[1]與傳統的物理、化學等監測技術不同，生物監測技術的靈敏度更高、監測內容更豐富、監測方式更便捷、投入成本更低廉、監測結果更直觀明顯，同時，生物監測技術還能與物理、化學等監測技術同步使用，作為有效補充和驗證手段。但是，因生物監測規范標準還不夠系統科學、技術手段還不夠豐富全面，對個別工業廢水污染的監測準確性還有一定的存疑。

2 生物監測技術的應用

2.1 微生物群落監測技術

一般來說，水體自身含有很多豐富的營養元素、細菌藻類，可供微生物的生存繁殖。如果水體發生污染，將首先對微生物造成影響，因此微生物群成為水體污染監測的首選，其監測技術在工業廢水污染治理中廣泛應用。在一定的條件下，通過對水體中微生物群的種類、數量、活動頻率等監測，可以對水體污染范圍、時間、程度進行有效評價，根據數據演算，還可以預測出未來一段時間水體改善或惡化的情況變化。隨著微生物群落監測技術的不斷完善，對微生物群落分析更加細化、專業化，該技術市場應用前景將越來越廣泛。例如，在海水的水環境監測中，受環流、潮汐影響，一些監測結果不夠精準，但應用該技術，加上聚氨酯泡沫塊體，可以明顯提升監測精準度。[2]

2.2 生物毒性監測技術

對于成分相對單一的工業廢水，采用理化監測可有效且準確地判斷出工業廢水的污染情況。但如果污染成分相對復雜，通過理化監測很難完整的反映出污染綜合影響，這時就需要進行生物毒性監測，通過毒性的相互關聯作用，全面判斷廢水污染的成分、程度以及與生物效益的關系。當前，較為常用的廢水生物毒性監測主要有發光細菌毒性監測、藻類毒性監測、蚤類毒性監測和魚類毒性監測等，不同生物具體監測方法見表2。

2.2.1 發光細菌毒性監測

部分細菌自身具備發光性能，在氧分子作用下，細胞內的熒光酶受到催化，核黃素-5-磷酸被氧化成LCFA，同時釋放一定強度和波長的光（藍綠色）。這一類細菌的監測時，主要通過pH6～9.3的氯化鈉和0.3%濃度的甘油進行發光監測，這類細菌主要可分為淡水發光細菌如青海弧菌、霍亂弧菌以及發光異短桿菌等，以及海水發光細菌。[3]在工業廢水中，一旦水體污染濃度改變，發光細菌的發光強度將會發生改變，因此，發光強度可作為水污染監測的直接、有效指標之一。

目前，該技術主要用于監測重金屬和有機物的濃度，相對來說，其操作更簡捷、結果更準確、靈敏度更高，因此應用較為廣泛。

2.2.2 底棲生物毒性監測

水體中生存著一定數量和種類的底棲生物，如螺螄、河蚌、牡蠣等，這些動物的分布范圍、關聯行為、繁殖能力等都可以作為水體污染的評標指標，特別是一些需要凈水的動物，更易判斷出水體污染程度和水體健康指數。通過對底棲生物的發育成長過程監測，以及對環境的適應、敏感程度的分析可以有效對水體進行評價，并測定水體中重金屬、農藥殘留的濃度。

2.2.3 魚類毒性監測

在水體中，魚蝦類屬于高等級動物，屬于食物鏈的頂端，采用魚蝦類作為測體，其技術應用已久且很成熟，主要應用于工業廢水的毒性測試。當水體污染超過一定范圍，其含氧量會下降，靠氧氣生存的魚蝦類將會很快地做出明顯反應，如跳躍水面、肚皮向上等。有的魚蝦類與人類基因很接近，比如斑馬魚，其基因和人類相似度約90%，用斑馬魚作毒性測試，其結果對人類有直接借鑒意義。[4]當水體有嚴重污染，或存在致毒物質時，敏感的斑馬魚將會加快呼吸，魚鰓無節奏的煽動，跳躍出水面，直至死亡。

2.2.4 藻類、蚤類毒性監測

藻類和蚤類等生物個體相對較小，在正常的水體中可進行大量繁殖。然而，一旦水體環境出現惡化，藻類的生長就會因環境改變而受到抑制，蚤類的生長以及繁殖能力也會相應發生改變。因此，在生物毒性監測中，可通過將生長率、繁殖率作為生物毒性監測評價的終點。尤其是藻類、蚤類等微生物毒性監測，能夠通過生物生長狀態的改變直接反應工業廢水的毒性效應，但采用該監測方法，前期培養工作量往往較大，且監測周期也相對較長，對于水污染應急監測適用性差[5]。

2.3 生物傳感器監測技術

生物傳感器監測技術的原理是使用檢測儀器，將水體中微生物的濃度值傳感轉化成電信號進行監測的一項技術。生物傳感器是整個監測系統的核心，主要作用是接收和轉換微生物信號，其識別元件涵蓋微生物的性能識別元件、理化換能器和信號放大裝置等（如圖1）。相對來說，該技術專業性強、分析數據快速且準確，誤差小。生物傳感器包括BOD傳感器、DNA傳感器以及微生物傳感器等，其中，BOD傳感器主要測定生化需氧量，通過瓦勃呼吸法、庫倫滴定法等，監測分析溶解氧的含量和濃度，進而確定水環境污染情況。[6]采用該方式進行廢水污染監測，能夠簡化整個監測流程，確保水污染監測相關設施的有序推進，從而進一步提升工業廢水污染治理的成效，因此在很多地方應用廣泛。較為常見的生物傳感器監測技術有酚類生物傳感器、光化學生物傳感器、電化學生物傳感器、DNA生物傳感器，以及基于熒光蛋白表達的細菌生物傳感器、基于抑制效應的酶生物傳感器等，不同傳感器監測技術能夠對不同水體污染類型進行監測，該技術特異性好、靈敏度高，能夠有效提高水體中的生物處理效率，但也不同程度地存在監測設備、試劑等耗材經濟成本高等不足。B244ADAC-21DE-46E9-8980-11681B88D22F

3 生物監測技術的不足

在工業廢水污染監測中，生物監測技術還存在一定的不足，主要有：

一是水體生物的習性、分布、喜好不同，不同物種之間存在較大差異，對污染物的反應也不相同，即使同一種生物因個體大小、成長環境差異，對同樣水體的反應也不盡相同，如此就會造成監測結果的真實性及準確性無法保證。因此，在監測時要綜合考慮水體的不同特征、生物的不同習性、監測區域的不同環境，設定差異性的測試周期，同時，還要結合氣候、溫度等條件，提前做好監測試驗，并對監測標準及頻率燈光各項指標進一步優化，以最大化減少和消除誤差[7-8]。

二是水體中生態鏈條交叉，生態系統相對復雜，在工業廢水污染濃度較低或污染危害釋放緩慢時，一些生物群體難以在短期內出現明顯的反應，即生物學效應不明顯，監測結果往往會存在偏差。因此，要結合不同生物群體的特征、行為，確定不同的理化監測指標，以精準地監測出廢水污染的濃度，分析潛在危害。

三是受技術影響，生物群落鑒定、實驗技術還不夠先進，生物監測技術難以做到精確、量化分析，也遠遠沒有達到理化監測的規范性評價標準。因此，在條件具備時，要統籌生物監測和理化監測方式，從不同側面、不同角度綜合分析，以做出更精準的判定，進而建立符合人體健康的評價指標。

四是隨著生物監測技術的普及，經過實踐檢驗的監測技術更加便捷有效，既能提高處理效率，又能完善數據鏈，形成系統的勾稽關系。但還有一定的不足，如應用PCR監測時，一旦試劑被污染，或樣品采集不合理，就會導致監測結果南轅北轍，因此，需要加強實驗室質量控制，提高平行采樣能力[9];有的地區對常規儀器設備投入較多，考慮到經濟成本，對高精密儀器投入較少，對一些試劑耗材應用不夠全面，對專業監測人員培訓教育不足，都可能導致監測結果出現偏差。

4 結語

生物監測技術作為水環境污染監測的重要手段，與常規的理化監測相比，其能夠通過監測生物種群的變化來實現對水體污染情況的監測，彌補了傳統理化監測無法反應污染物對水體生物的具體影響等不足，促使水體污染監測更加全面、直觀、科學，使水體污染的影響一目了然。因此，應對該類監測技術予以深入研究，全面探索，積極改進，廣泛應用，以為區域水環境監測、評價以及相應處治措施的制定提供科學依據。

參考文獻：

[1] 朱冰清，姜晟，蔡琨，等.生物監測技術在工業廢水監測領域的應用研究[J].中國環境監測，2021，37（01）：1-10.

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[3] 莊輝.生物監測技術在水環境工程中的應用[J].中國資源綜合利用，2021，39（06）：70-72.

[4] 張鴿，李駿，紀海婷，等.生物監測技術在水環境監測中的運用探索[J].環境與發展，2020，32（08）：170，172.

[5] 謝穎嘉，梁智偉，黃藝芳.生物監測技術在水環境監測中的應用[J].資源節約與環保，2018（12）：44.

[6] 徐麗敏，賈濤，秦翠翠，等.生物監測技術在環境監測中的應用探討[J].化工管理，2020（10）：40-41.

[7] 張鳳梅，王蕾.運用生物監測技術對水環境污染進行監測的研究及進展[J].中國化工貿易，2015，07（32）：146.

[8] 祝淑芳.生物監測技術在水環境監測中的應用研究進展[J].中國資源綜合利用，2021，39（07）：117-119.

[9] 趙瑞彬，彭曉靜，賈瑞寶，等.水體突發污染事件在線生物監測技術的發展和應用分析[J].生態毒理學報， 2019，14（02）：42-52.B244ADAC-21DE-46E9-8980-11681B88D22F