胡文聰

（清遠(yuǎn)市清新區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

現(xiàn)階段我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈持續(xù)上升趨勢(shì)，工業(yè)發(fā)展、人口等增幅較大，對(duì)于環(huán)境的破壞日益加重，因此，環(huán)境與發(fā)展之間的矛盾已成為目前急需解決的問(wèn)題，可以通過(guò)采取科學(xué)、合理的監(jiān)測(cè)方法，利用相關(guān)設(shè)備設(shè)施，對(duì)可能造成環(huán)境污染的物質(zhì)進(jìn)行全面分析。然而，隨著環(huán)境污染的不斷加重，對(duì)人體健康及生物種群的生存造成極大地影響[1]。如果只是借助物理方式進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，無(wú)法將污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響真實(shí)地反映出來(lái)。因此，將生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，有利于更好地開(kāi)展相關(guān)工作，并實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染物一系列危害的分析研究。

1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

在過(guò)去的環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，通常采用化學(xué)方式對(duì)其進(jìn)行分析研究，通過(guò)對(duì)不同種類污染物及其具體濃度進(jìn)行一系列測(cè)定判斷污染的實(shí)際狀況。大多數(shù)化學(xué)檢驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到不間斷監(jiān)測(cè)的預(yù)期效果，但是依然需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)進(jìn)行取樣調(diào)查，在此過(guò)程中無(wú)法將環(huán)境變化真實(shí)、客觀地表現(xiàn)出來(lái)。隨著生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以通過(guò)對(duì)其中生物群落變化特點(diǎn)的合理分析，并結(jié)合生物中污染物濃度的測(cè)定結(jié)果，真實(shí)地反應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化情況，從而有效克服上述不足。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠測(cè)定自然界中生態(tài)系統(tǒng)以及生物中的各項(xiàng)生理指標(biāo)數(shù)據(jù)。通過(guò)這些監(jiān)測(cè)結(jié)果以及測(cè)定的數(shù)據(jù)，能夠?qū)h(huán)境污染的實(shí)際情況在不同環(huán)境條件下真實(shí)地反應(yīng)出來(lái)。通過(guò)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)與化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)的對(duì)比可知，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，尚未形成一套相對(duì)完善、標(biāo)準(zhǔn)的體系，但是，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，其價(jià)值和作用相對(duì)明顯[2]。

2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)具有更高的靈敏性

在生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中，靈敏性是其十分顯著的特征之一。通過(guò)對(duì)生物收集以及累積效應(yīng)的應(yīng)用，能夠測(cè)定生物體內(nèi)累積的有害物質(zhì)，在對(duì)污染物進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，具有較好的適用性。比如在對(duì)水生生物進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，能夠有效地監(jiān)測(cè)出水體中的重金屬含量，精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠幫助相關(guān)工作人員判斷重金屬的含量是否超標(biāo)。

2.2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)具有探知性

傳統(tǒng)的物理監(jiān)測(cè)方式及化學(xué)監(jiān)測(cè)方式，無(wú)法有效測(cè)定未知指標(biāo)，一旦出現(xiàn)不明污染物質(zhì)，將很難被發(fā)現(xiàn)。但是，如果這些污染物進(jìn)入人體內(nèi)，將會(huì)發(fā)生一系列的特異性反應(yīng)。而生物監(jiān)測(cè)方法可以通過(guò)對(duì)這些具體反應(yīng)進(jìn)行一系列地分析，然后根據(jù)分析數(shù)據(jù)盡快找到不明污染源，有效防治污染。

2.3 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)具有直觀性

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠直觀地反映出污染物對(duì)于環(huán)境所造成的危害，可以利用生物種群有效地判斷生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際狀況。

2.4 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)具有連續(xù)性[3]

通過(guò)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同環(huán)境條件下，對(duì)不同生物體在一定周期內(nèi)產(chǎn)生的與環(huán)境相關(guān)的信息進(jìn)行收集，并將污染的實(shí)際狀況真實(shí)地反映出來(lái)的目的。結(jié)合整體情況進(jìn)行分析，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，某些步驟的優(yōu)勢(shì)明顯，但是生物監(jiān)測(cè)技術(shù)會(huì)受到地域環(huán)境的限制。目前，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)尚未形成一套完善、標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)體系，與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比仍然存在一定的差距。

3 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

現(xiàn)代生物監(jiān)測(cè)技術(shù)以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)，然而隨著DNA重組技術(shù)的提出，該項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。通常情況下，可以采用微生物群落測(cè)量法以及生物毒性測(cè)試法對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]，再分別對(duì)這兩種監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，分析受試生物及測(cè)定方法、標(biāo)準(zhǔn)等，最后通過(guò)靈敏性、可操作性以及經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)對(duì)相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的性能展開(kāi)對(duì)比分析。工業(yè)廢水生物處理流程見(jiàn)圖1。

圖1 工業(yè)廢水生物處理流程圖

3.1 微生物群落監(jiān)測(cè)法

與普通清潔水體的監(jiān)測(cè)過(guò)程對(duì)比，浮游生物、著生生物以及底棲動(dòng)物等常用的生物群落指標(biāo)存在差異，工業(yè)廢水通常根據(jù)微生物群落相關(guān)指標(biāo)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)流程如下：①采取相應(yīng)技術(shù)測(cè)定廢水中微生物群落狀況，主要包含群落成份以及分布情況。②通過(guò)生物群落在監(jiān)測(cè)過(guò)程中豐度的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理后的工業(yè)廢水變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)廢水水質(zhì)評(píng)價(jià)。本文主要研究聚氨酯泡沫塑料塊法（基于傳統(tǒng)培養(yǎng)）和微生物群落監(jiān)測(cè)法（基于分子生物學(xué)）兩種微生物群落監(jiān)測(cè)法[5]。

3.1.1 聚氨酯泡沫塑料塊法

21世紀(jì)，我國(guó)正式進(jìn)入工業(yè)革命時(shí)期，在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量生活污水、工業(yè)廢水通常沒(méi)有經(jīng)過(guò)專業(yè)化處理就直接排入河流，嚴(yán)重破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡性。美國(guó)CAIRNS等相關(guān)人員于二十世紀(jì)六十年代中期首次采用聚氨酯泡沫塑料塊法測(cè)定了微生物的群集速度，監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)了水體水質(zhì)情況。通常情況下，選定聚氨酯泡沫塊置于工業(yè)廢水水體并設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，后期對(duì)聚氨酯泡沫塊進(jìn)行采樣并完成鏡檢觀察，并依據(jù)鏡檢結(jié)果測(cè)定樣品中微生物群落狀況，進(jìn)而科學(xué)合理地判斷出水體水質(zhì)的實(shí)際污染程度[6]。聚氨酯泡沫塑料塊法具有以下優(yōu)勢(shì)：①限制因素少，廢水類型、監(jiān)測(cè)時(shí)間及空間等因素基本不會(huì)影響測(cè)定效果。②操作流程相對(duì)簡(jiǎn)單，現(xiàn)階段在工業(yè)及其他廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

在二十世紀(jì)八十年代初期，我國(guó)開(kāi)始通過(guò)聚氨酯泡沫塑料塊法對(duì)監(jiān)測(cè)的工業(yè)廢水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。八十年代中期，相關(guān)學(xué)者通過(guò)聚氨酯泡沫塑料塊法對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的廢水進(jìn)行微生物群落采樣，對(duì)采樣后的微生物種群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥廢水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，該實(shí)驗(yàn)過(guò)程有效證實(shí)了聚氨酯泡沫塑料塊法的實(shí)際應(yīng)用效果。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作流程、成本等相關(guān)應(yīng)用指標(biāo)進(jìn)行分析，可證實(shí)該監(jiān)測(cè)方法具有應(yīng)用流程相對(duì)簡(jiǎn)單，水域監(jiān)測(cè)范圍廣等優(yōu)勢(shì)。除此之外，此項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)還可以用于監(jiān)測(cè)其他污染源廢水的生物累積效應(yīng)，并通過(guò)累積效應(yīng)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。例如在應(yīng)用于造紙廠廢水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可以看出，與其他工業(yè)廢水相比，造紙過(guò)程產(chǎn)生的廢水中毒素效應(yīng)和毒素濃度的變化更能夠引發(fā)水生微生物群落反應(yīng)，可以更精準(zhǔn)地測(cè)定廢水污染程度[7]。

3.1.2 微生物群落監(jiān)測(cè)法

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，污水中微生物群落的監(jiān)測(cè)工作擁有了新的發(fā)展方向，可利用微生物基因水平實(shí)現(xiàn)群落豐度、種類等指標(biāo)的測(cè)定。眾所周知，受經(jīng)濟(jì)條件及科技水平的限制，以往大部分工業(yè)廢水沒(méi)有經(jīng)過(guò)專業(yè)化處理便直接排放至自然水體中。然而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段要求污水必須經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理設(shè)施進(jìn)行處理，符合排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放到自然水體中，多數(shù)地區(qū)現(xiàn)已將污水排放納入處理管網(wǎng)進(jìn)行管理，要經(jīng)過(guò)處理廠進(jìn)行統(tǒng)一處理。以上處理措施在提升排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也能夠降低污水中微生物群落的分布密度。因此，如果使用聚氨酯泡沫塑料塊法監(jiān)測(cè)，會(huì)出現(xiàn)收集時(shí)間較長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)效果不理想等問(wèn)題。因此，基于核酸雜交技術(shù)的微生物群落分析方法開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用。該方法基于堿基互補(bǔ)性匹配標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生物群落的分布進(jìn)行測(cè)試。產(chǎn)品中微生物的核苷酸產(chǎn)生雜合的雜化分子結(jié)構(gòu)，可根據(jù)自顯影等技術(shù)指標(biāo)分析微生物群落的變化結(jié)果。該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以幫助相關(guān)工作人員在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)污水中菌體的多樣性、進(jìn)化速度和其他指標(biāo)，從而減少現(xiàn)場(chǎng)采樣的時(shí)間，同時(shí)還可以大幅提高發(fā)現(xiàn)微生物的效率[8]。此外，核酸雜交技術(shù)可以有效降低聚合酶鏈反應(yīng)全過(guò)程形成的偏差，而不需要對(duì)整個(gè)靶基因進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)，未增加的遺傳基因濃度值相對(duì)較低。此外，由于微生物亞群之間存在一定的差異，如果涉及探針的核苷酸編碼序列與某些亞群的總體靶基因的多樣性過(guò)低，可能會(huì)導(dǎo)致某些微生物群落檢測(cè)結(jié)果不一致。

3.2 生物毒性測(cè)試法

雖然通過(guò)物理和化學(xué)檢測(cè)方法，可以準(zhǔn)確區(qū)分水污染物在環(huán)境中的分布水平，但因工業(yè)廢水中存在的污染成分相對(duì)較為復(fù)雜，針對(duì)工業(yè)廢水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，此類方法并不能高效測(cè)定所有污染物成分以及污染物對(duì)自然環(huán)境的危害程度。應(yīng)用生物毒性試驗(yàn)方法，能夠區(qū)分水環(huán)境污染程度與生物效益之間的關(guān)系，因而可以有效測(cè)定工業(yè)廢水中各種污染物的組成。目前在工業(yè)廢水生物毒性分析方法中，普遍使用發(fā)光細(xì)菌亞急性毒性試驗(yàn)法、魚(yú)類毒性試驗(yàn)法、藻類及蚤類毒性試驗(yàn)法等[9]，詳見(jiàn)表1。

表1 不同受試生物標(biāo)準(zhǔn)毒性測(cè)試方法

3.2.1 發(fā)光細(xì)菌毒性測(cè)試法

在對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，發(fā)光細(xì)菌能夠通過(guò)細(xì)菌發(fā)光程度評(píng)估廢水毒性，對(duì)有毒物質(zhì)反應(yīng)的靈敏度相對(duì)較高，并能夠?qū)z測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)理化分析進(jìn)行關(guān)聯(lián)。現(xiàn)階段主要以細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度與水體毒性之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)，并出現(xiàn)了較為成功的應(yīng)用案例。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析得知，此項(xiàng)技術(shù)具有受測(cè)試生物反應(yīng)靈敏、儀器設(shè)備自動(dòng)化操作程度較高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于重污染行業(yè)廢水毒性的常規(guī)監(jiān)測(cè)以及突發(fā)性事件安全應(yīng)急監(jiān)測(cè)等，但是，這種方法存在缺乏統(tǒng)一的毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)光菌菌種成本較高以及表征指標(biāo)過(guò)于單一等不足[10]。

3.2.2 魚(yú)類毒性測(cè)試法

魚(yú)類相對(duì)于水體中其他生物群落，其級(jí)別相對(duì)更高。現(xiàn)階段在工業(yè)廢水毒性測(cè)定工作中，常使用魚(yú)類作為測(cè)試用生物，相關(guān)廢水毒性測(cè)定效果較為穩(wěn)定，已經(jīng)在工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到普及。該技術(shù)主要通過(guò)魚(yú)類行為、外形變化鑒定水質(zhì)的污染程度，并可通過(guò)部分魚(yú)種確定工業(yè)廢水毒性對(duì)人類的危害。此類技術(shù)在工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用受到一定的限制[11]，主要體現(xiàn)在以下兩方面：①國(guó)內(nèi)相關(guān)廢水檢測(cè)指標(biāo)中未將魚(yú)類毒性列為規(guī)定指標(biāo)。②檢測(cè)水質(zhì)的魚(yú)類種類受限制，部分魚(yú)種無(wú)法有效測(cè)定特定污染物的毒性。

3.2.3 蚤類及藻類毒性測(cè)試法

水體中，蚤類、藻類群落繁殖能力較強(qiáng)，在繁殖環(huán)境受污染物影響時(shí)，其生長(zhǎng)、繁殖等方面的能力將發(fā)生大幅度波動(dòng)，可利用其生長(zhǎng)率、繁殖率等指標(biāo)測(cè)定水體毒性。部分行業(yè)產(chǎn)生的廢水，能夠?qū)υ轭惣霸孱惍a(chǎn)生生長(zhǎng)抑制效果，并產(chǎn)生相應(yīng)的毒性效應(yīng)，不同行業(yè)抑制效果差異性明顯，通過(guò)蚤類及藻類變化趨勢(shì)，能夠真實(shí)、客觀地測(cè)定廢水毒性。在利用蚤類及藻類測(cè)定工業(yè)廢水的過(guò)程中，同樣存在經(jīng)濟(jì)成本較高、培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)且可操作性復(fù)雜等不足，各種生物監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比

4 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)對(duì)策

工業(yè)廢水中污染物的排放量較大，且種類較為復(fù)雜，將生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)污染物對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)，能夠分析工業(yè)排放廢水的水質(zhì)狀況，然而，現(xiàn)階段在監(jiān)測(cè)過(guò)程中仍然存在以下問(wèn)題：①現(xiàn)代分子生物技術(shù)具有較高的靈敏度以及較好的特異性，能夠有效提升生物處理效率，縮短研究周期，提高數(shù)據(jù)的豐度，但是仍然存在諸多不足。例如，在聚氨酯泡沫塑料塊法的操作過(guò)程中，由于樣品以及實(shí)驗(yàn)試劑容易受到污染，致使檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差，因此，必須嚴(yán)格做好實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)控工作，降低這類錯(cuò)誤的出現(xiàn)。除相關(guān)儀器設(shè)備以外，分子生物實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)設(shè)備設(shè)施及相關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑的成本價(jià)格過(guò)于高昂，同時(shí)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員的專業(yè)技能水平具有較為嚴(yán)格的要求。②生物群落鑒定技術(shù)在某些應(yīng)用環(huán)境中受限，致使大多數(shù)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不能做到精準(zhǔn)化的定量分析。同時(shí)，與理化監(jiān)測(cè)進(jìn)行對(duì)比得知，現(xiàn)階段的相關(guān)廢水生物監(jiān)測(cè)缺乏統(tǒng)一規(guī)范和監(jiān)管、評(píng)價(jià)體系，需要繼續(xù)開(kāi)展對(duì)生物監(jiān)測(cè)與理化監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究，全面對(duì)廢水進(jìn)行系統(tǒng)化、綜合化的污染物監(jiān)測(cè)。

隨著生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，相關(guān)科研人員可以進(jìn)行更深入的研究試驗(yàn)，不斷完善和優(yōu)化生物監(jiān)測(cè)技術(shù)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，還應(yīng)與其他監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合使用，為工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)提供技術(shù)支持。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水中相關(guān)污染物的含量進(jìn)行檢測(cè)非常重要。工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)承擔(dān)著一定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展責(zé)任以及社會(huì)責(zé)任，所以必須要不斷提高工業(yè)廢水的監(jiān)測(cè)質(zhì)量及效率，使污水處理廠的經(jīng)營(yíng)管理嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及制度進(jìn)行，確保我國(guó)水資源能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。作為一種綜合性監(jiān)測(cè)技術(shù)，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，能夠從宏觀、微觀兩個(gè)角度全面監(jiān)測(cè)并評(píng)價(jià)水環(huán)境的污染狀況，進(jìn)而客觀、真實(shí)地評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生的生物健康效應(yīng)，為人們的生命健康提供有力保障。