錢磊

【摘要】目前，我國的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展迅速，生物監(jiān)測可以系統(tǒng)反映污染物對生物生長的影響及其在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化和遷移，在水環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)健康管理中的重要性日益突出。伴隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，中國水環(huán)境污染問題依然嚴(yán)峻，工業(yè)廢水治理和排放問題仍舊突出。為進一步保障工業(yè)廢水出水及受納水體水質(zhì)安全，迫切需要在工業(yè)廢水監(jiān)測中引入生物監(jiān)測技術(shù)。對傳統(tǒng)微生物群落監(jiān)測法、水生生物毒性監(jiān)測法和基于分子生物學(xué)技術(shù)的微生群落監(jiān)測法等在工業(yè)廢水監(jiān)測領(lǐng)域的研究及應(yīng)用進行了綜述，并對存在的問題進行了總結(jié)。建議后續(xù)進一步完善工業(yè)廢水生物監(jiān)測體系時，參考國外成熟經(jīng)驗，制定出符合國內(nèi)需求及特征的工業(yè)廢水生物監(jiān)測方法與評價標(biāo)準(zhǔn)，以便更好地掌握工業(yè)區(qū)整體環(huán)境健康及污染狀況。

【關(guān)鍵詞】生物監(jiān)測技術(shù);工業(yè)廢水監(jiān)測領(lǐng)域;應(yīng)用研究

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

自然界的水環(huán)境是通過各種形式的循環(huán)實現(xiàn)跨空間的各類水形態(tài)的轉(zhuǎn)化。水環(huán)境與人的生活息息相關(guān)，能直接或間接地影響人類的生活。水生態(tài)環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致生物多樣性減少，影響人和其他生物的健康。利用生物監(jiān)測技術(shù)對水環(huán)境加強監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果了解和掌握更多的水環(huán)境現(xiàn)狀，從而實施針對性的水環(huán)境污染治理。本文介紹了生物監(jiān)測技術(shù)的原理及其在水環(huán)境中應(yīng)用的作用，探討了水環(huán)境工程的中的監(jiān)測內(nèi)容，根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容分析生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用。旨在為水環(huán)境保護與污染控制工程的系統(tǒng)化建設(shè)提供一些參考。

1、生物監(jiān)測技術(shù)的原理

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

2、優(yōu)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(yīng)用于行業(yè)廢水毒性測試與評價。在ISO、OECD和歐盟等組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)，從而確定受試水體的污染程度。作為標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果可以間接推導(dǎo)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(biāo)，對不同企業(yè)排放的工業(yè)廢水進行了急性毒性試驗，發(fā)現(xiàn)不同行業(yè)廢水的濃度變化與毒性效應(yīng)均成正相關(guān)，其中電子行業(yè)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(fā)現(xiàn)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(jiān)測技術(shù)

生物監(jiān)測技術(shù)是利用生物體對污染物或環(huán)境變化所產(chǎn)生的敏感性來判斷水體環(huán)境的污染程度，與理化監(jiān)測共同構(gòu)成水環(huán)境監(jiān)測的基本內(nèi)容。隨著水環(huán)境保護工作的深入推進，常規(guī)的理化監(jiān)測技術(shù)已無法全面、客觀地說明水環(huán)境質(zhì)量狀況，由水環(huán)境質(zhì)量變化引起的生物學(xué)變化過程則能直接反映出水環(huán)境質(zhì)量對生態(tài)系統(tǒng)的影響。生物監(jiān)測技術(shù)主要有以下幾方面特點：可在一定區(qū)域內(nèi)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(tài)系統(tǒng)中，通過食物鏈可將微量污染物質(zhì)進行富集，當(dāng)達到食物鏈末端時，污染物濃度可提高至數(shù)萬倍;同一生物針對不同污染物類型具有不同的癥狀反應(yīng)。生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相互配合，共同為水環(huán)境管理持續(xù)助力，但生物監(jiān)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(jiān)測技術(shù)仍具有廣闊的發(fā)展空間。

2.3基于分子生物學(xué)技術(shù)的微生物群落監(jiān)測法

過去，工業(yè)廢水大多未經(jīng)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(wǎng)處理后達標(biāo)排放，導(dǎo)致排水中微生物群落的數(shù)量及種類較過去大幅下降，因此，如仍采取傳統(tǒng)PFU法進行微生物群落監(jiān)測，存在富集時間長、時效性差等問題。不斷發(fā)展的分子生物學(xué)技術(shù)為微生物群落監(jiān)測提供了新方向，該技術(shù)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?；诤怂犭s交的微生物群落分析方法是在一定條件下以被標(biāo)記的特異性單鏈核苷酸片段為探針，根據(jù)堿基互補配對原則，與目標(biāo)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(fā)光技術(shù)對微生物群落結(jié)構(gòu)進行分析。利用該技術(shù)可以在短時間內(nèi)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(shù)無需對目標(biāo)基因進行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR），可以減少PCR過程中產(chǎn)生的誤差，但未經(jīng)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(shè)計的探針核苷酸序列與某些亞群目標(biāo)基因的互補性較差，會造成某些微生物群落檢測結(jié)果的假陰性。PCR技術(shù)則是通過選取目標(biāo)微生物的特異性基因進行體外脫氧核糖核酸（DNA）合成反應(yīng)，然后對擴增后的產(chǎn)物進行分析，從而確定環(huán)境基質(zhì)中微生物的種類與含量。相比傳統(tǒng)的微生物監(jiān)測方法，PCR技術(shù)特異性好、靈敏度高，且具有較高的可重復(fù)性。就工業(yè)廢水而言，利用PCR技術(shù)可以對樣品中的微生物群落結(jié)構(gòu)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(zhǔn)鑒定和定量分析。基于16SrDNA的PCR-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）技術(shù)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(qū)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(chǎn)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(shù)分析石化、冶金和制藥廢水處理系統(tǒng)中的微生物結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不同廢水中的微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)差異很大，研究結(jié)果對于優(yōu)化不同類型工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中活性污泥的微生物工藝具有重要意義。

結(jié)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(xù)發(fā)展意義重大。為了人類文明的可持續(xù)發(fā)展，人類必須加強水環(huán)境保護及污染控制，構(gòu)建和維護長期的水生態(tài)平衡狀態(tài)。生物監(jiān)測技術(shù)是監(jiān)測水環(huán)境生物安全性必不可少的技術(shù)。微生物群落監(jiān)測技術(shù)、生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)、發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)、底棲和兩棲監(jiān)測技術(shù)、生物傳感器監(jiān)測技術(shù)能夠為水環(huán)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(tài)監(jiān)測提供技術(shù)支撐，同時監(jiān)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(tài)及其安全性，為水環(huán)境生物保護及污染治理提供依據(jù)。鑒于其在水環(huán)境工程監(jiān)測中的重要性，建議加大對生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中應(yīng)用的研究和推廣。

參考文獻：

[1]何志峰.水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在水環(huán)境中的技術(shù)應(yīng)用[J].節(jié)能，2019，38（07）：80-81.