劉愛萍，馬亞娟

（1.江蘇新銳環(huán)境監(jiān)測有限公司，江蘇 張家港 215600；2.蘇州捷盈環(huán)境檢測有限公司，江蘇 張家港 215600）

工業(yè)產業(yè)的繁榮發(fā)展，對于拉動社會經濟具有重要意義，但是在長期的粗放式發(fā)展體系下，會造成嚴重的水污染問題，甚至危及群眾的正常生活，并對飲水安全形成威脅。工業(yè)廢水的成分十分復雜，而且隨著時間的推移會發(fā)生較大改變，這給監(jiān)測工作帶來了一定的難度。近年來，生物監(jiān)測技術逐漸興起，應用該技術可以分析水生動植物和微生物在水體中的變化情況，掌握工業(yè)廢水對水環(huán)境的影響程度，并能全面分析其中氮元素、磷元素和重金屬元素等污染物的濃度、分布特點等，以便在治理工作中采取有效的應對措施，有效恢復水體環(huán)境，同時在預防重大污染問題中也發(fā)揮了關鍵作用。

1 生物監(jiān)測技術在工業(yè)廢水監(jiān)測工作中的作用

首先，該技術可以對水環(huán)境進行綜合分析。相較于生活污水，工業(yè)廢水中污染物的類型更多，而且很多污染物呈現(xiàn)出有毒有害的特點，會抑制水環(huán)境中動植物和微生物的生長，且隨著污染物濃度的上升，其生存狀態(tài)也會發(fā)生改變，這可以作為監(jiān)測和評估水環(huán)境質量的依據(jù)。運用生物監(jiān)測技術，可以獲取微生物體內元素含量的信息和群落數(shù)量、分布特點等，通過綜合分析的方式了解工業(yè)廢水的具體污染狀況，相較于傳統(tǒng)方法，該技術的靈敏度和精確度都較高，避免了監(jiān)測結果出現(xiàn)較大誤差[1]。其次，該技術可以降低工業(yè)廢水監(jiān)測的成本投入。隨著技術成熟度的提升，監(jiān)測設備的造價也在降低，而且該技術呈現(xiàn)出高效化的特點，簡化了工業(yè)廢水監(jiān)測工作的流程，因此該技術具有經濟性特點，適合大面積的水環(huán)境監(jiān)測工作。最后，該技術可以有效預防環(huán)境污染問題。通過對工業(yè)廢水中各類污染物濃度和含量的監(jiān)測，能夠分析出是否超過水體的凈化極限，并及時做好無害化處理和資源化處理工作，防止在污水排放后造成難以挽回的損失，因此，生物監(jiān)測工作起到了事前控制的作用。生物處理技術在工業(yè)廢水治理中的應用流程如圖1所示。

圖1 生物處理技術在工業(yè)廢水治理中的應用流程

2 生物監(jiān)測技術在工業(yè)廢水監(jiān)測工作中的實踐運用策略

在工業(yè)廢水處理中，生物監(jiān)測技術發(fā)揮了最大功能，對于相關工作的開展具有較大幫助。微生物群落監(jiān)測技術以及生物毒性測試技術等都是相對客觀的手段，在實際運用時，必須要明確利用途徑，并通過適合的方式優(yōu)化應用成果，保障工業(yè)廢水監(jiān)測到位，從而為后續(xù)的凈化處理奠定堅實的基礎。

2.1 微生物群落監(jiān)測技術

2.1.1 聚氨酯泡沫塑料塊監(jiān)測技術

聚氨酯泡沫塑料塊在監(jiān)測工業(yè)廢水具有關鍵作用，該技術在上世紀60年代就已經應用于實踐工作中，可以獲取精確的評價結果。水體中的各類污染物會進入到PFU塊中，因此可以在實驗室中分析單位水域內污染物的總數(shù)，明確群落結構的特點，從而實現(xiàn)對整個水域實際情況的評估。該技術操作十分便捷，而且降低了外部環(huán)境因素對監(jiān)測結果的干擾，因此受到相關工作者的歡迎。在實踐工作中，應該明確《水質微型生物群落監(jiān)測PFU法》中的相關使用標準和要求，保障整個操作過程的規(guī)范性。該方法對工業(yè)廢水毒性程度的監(jiān)測效果也較好，降低了廢水對水體安全和居民安全的威脅[2]。在傳統(tǒng)工作體系下，綜合污染指數(shù)法的應用較多，PFU監(jiān)測技術的出現(xiàn)，不僅能夠達到上述方法的監(jiān)測標準，而且解決了該技術無法評估毒性的缺陷。效應濃度是衡量廢水污染情況和毒性的主要指標，運用PFU技術就能實現(xiàn)快速監(jiān)測，這是由于隨著暴露時間的推移，集群速度受到抑制，因此工業(yè)廢水會破壞水生態(tài)環(huán)境的生物系統(tǒng)。造紙工業(yè)產生的較多廢水也可以運用PFU監(jiān)測技術對其毒性進行評估，獲得更高的靈敏度，使原生動物群落發(fā)生明顯的改變。相較于傳統(tǒng)工藝方法而言，聚氨酯泡沫塑料塊監(jiān)測方法不僅能夠降低成本，而且可以實現(xiàn)有效預警，并實時監(jiān)測水質變化狀況，避免引發(fā)嚴重的突發(fā)性污染事件。

2.1.2 分子生物學-微生物群落監(jiān)測技術

微生物群落監(jiān)測技術也可以和分子生物學領域的相關技術融合使用，獲得更好的監(jiān)測效果。隨著我國工業(yè)生產體系和污水處理系統(tǒng)的逐步完善，污水處理廠對于工業(yè)廢水處理的作用十分顯著。由于微生物群落也會減少，所以單純采用PFU監(jiān)測技術會影響監(jiān)測工作的時效性。為此，應該引入分子生物學技術改進監(jiān)測工藝的不足，從宏觀和微觀角度出發(fā)對微生物群落實施科學評估和分析，確定水體具體的豐度值。利用核算雜交的方式，可以發(fā)揮特異性單鏈核苷酸片段的作用，運用雜交分子監(jiān)測工業(yè)廢水中污染物的變化情況，尤其是顯影技術的融合應用，能夠幫助工作人員更直觀地觀察群落狀況。除了可以分析污染程度外，還能夠了解致病菌的分布特點，維護水質安全。該技術省去了PCR過程，因此監(jiān)測結果的誤差更小，但是也會受到序列互補性的影響，可能出現(xiàn)假陽性的情況[3]。在PCR技術的基礎上，PCR-DGGE技術也獲得了全面發(fā)展，由于跑膠速度存在差異，因此能夠實現(xiàn)DNA片段的快速區(qū)分，準確分析工業(yè)廢水中微生物群落的狀況，該技術在冶金行業(yè)和石化行業(yè)應用較多。此外，二代測序技術和高通量測序技術也是微生物群落監(jiān)測技術與分子生物學技術融合的產物，也可以用于水環(huán)境變化狀況的科學監(jiān)測。

2.2 生物毒性測試技術

2.2.1 發(fā)光細菌急性毒性測試技術

有毒物質會對發(fā)光細菌產生顯著的影響，因此采用發(fā)光細菌急性毒性測試技術能夠監(jiān)測工業(yè)廢水的毒性情況，具有良好的靈敏度，理化性質十分優(yōu)越。隨著水體毒性的增強，細菌的發(fā)光強度也會出現(xiàn)改變，因此通過這樣顯著的特征能夠獲取準確的評估結果，滿足單物質測定的要求。青海弧菌、費式弧菌和明亮發(fā)光桿菌等，是實踐工作中幾種常見的發(fā)光細菌，可以通過半數(shù)效應濃度評估具體毒性狀況[4]。為了保障工業(yè)廢水監(jiān)測工作的便捷性，可以通過試劑盒的方式開展監(jiān)測工作，在造紙行業(yè)和石化行業(yè)中都得到廣泛應用。明亮發(fā)光桿菌和青?；【梢詮南嚓P動物體內提取，由于隨著水體中重金屬濃度的提升，細菌的生長會受到抑制，因此可以作為評估水污染程度的重要指標。在采用該方法時，污染源和采樣點的距離會對最終的監(jiān)測結果產生影響。與食品加工行業(yè)相比，金屬冶煉行業(yè)產生的工業(yè)廢水毒性更強，因此對于發(fā)光細菌的抑制效果也更加顯著，對于工業(yè)廢水毒性的監(jiān)測效率更高，在幾十分鐘內就能完成任務，因此比其他技術更實用[5]。

2.2.2 藻類和蚤類毒性測試技術

隨著水體中污染物的增多，藻類和蚤類的生長狀況會發(fā)生不同程度的改變，因此可以利用其變化特征分析水體的毒性狀況，獲得可靠的測試結果。比如在監(jiān)測廢水毒性時引入不同類型的微藻，經過一段時間后對比其生長抑制率，可以獲得可靠的評價結果。為了防止結果出現(xiàn)較大的偏差，可以選擇不同的蚤類實施測試并進行對比分析，當工業(yè)廢水中氧化劑濃度和NH3-N濃度升高時，蚤類的繁殖率則會逐漸下降。但是，采用藻類進行測試時也會受到其他外在環(huán)境因素的影響，其中氮磷濃度和光照強度的影響較大，導致結果中的偏差增大，因此可以選擇大型的蚤類代替，以準確評估疏水性有機污染物對水體的影響特點[6]。在采用藻類和蚤類開展工業(yè)廢水的毒性測試時，需要對其進行針對性培養(yǎng)，所以在很大程度上降低了監(jiān)測工作的效率，而且周期較長，不適用于 應急污染監(jiān)測工作。在運用相關技術手段時，應該明確實際的應用方法和渠道，這樣才能保證應用效果更加顯著，也能達到最可靠的處理實效。

2.2.3 魚類毒性測試技術

隨著工業(yè)化進程的明顯加快，工業(yè)廢水的處理已成為現(xiàn)階段備受矚目的焦點，因此，要高度重視相關技術的應用方式，根據(jù)工業(yè)廢水處理標準展開分析，保證更好地體現(xiàn)出技術的優(yōu)勢。在監(jiān)測工業(yè)廢水毒性時，也可以運用魚類，通過分析魚類在水環(huán)境中的生長和存活狀況，得到有效的測定結果。除了可以分析仔魚和成魚的外觀、行為等，還可以分析LC50進行毒性評估，這是了解工業(yè)廢水污染性的關鍵方法之一。在選擇魚類時應該盡可能挑選與人類相近的基因組，以更加全面地分析工業(yè)廢水可能對人體造成的影響，因此在毒性測試中通常選擇斑馬魚。隨著工業(yè)廢水濃度的增大，會導致其毒性上升，因此分析斑馬魚的LC50，能夠得到準確的評估結果，尤其是電子行業(yè)廢水中的毒性物質更多。在制革行業(yè)，可以引入斑馬魚的胚胎和幼魚開展測試，尤其是胚胎的變化更加顯著，因此可以作為測定工業(yè)廢水污染狀況的主要監(jiān)測方法。在評估毒性時，還應該從慢性與急性毒性、內分泌干擾狀況、形態(tài)變化等方面進行綜合評價[7]。在國際領域，該方法已經得到了廣泛應用，但是我國在工業(yè)廢水監(jiān)測中缺乏相關標準，因此限制了魚類毒性測試技術的推廣應用，采用該方法時也需要和其他測試技術聯(lián)合應用。魚類毒性測試技術如圖2所示。

圖2 魚類毒性測試技術

2.2.4 成組生物毒性測試技術

在相關技術應用環(huán)節(jié)，還應該結合區(qū)域環(huán)境進行分析，以保證能夠體現(xiàn)出具體技術的優(yōu)勢。水環(huán)境中存在多種多樣的生物，因此在采用生物監(jiān)測技術時如果按照單一指標進行分析，有可能導致監(jiān)測結果的偏差過大。同時，動物、植物和微生物之間也會產生不同程度的影響，因此可以采用成組生物毒性測試技術進行監(jiān)測，進一步降低監(jiān)測結果中偶然性因素的影響，得到更加準確的水生態(tài)健康狀況，在實踐中需要分析LC50和毒性當量、EC50等指標，得到有效的監(jiān)測結果。比如在污染源廢水監(jiān)測中，可以引入發(fā)光細菌、斑馬魚和蠶豆等實施綜合測試，也可以采用觀賞魚實施監(jiān)測，能夠獲得精確的毒性級別，這對于確定劃分標準也更加合理。PEEP技術融合了多種生物進行監(jiān)測，比如大型蚤類和發(fā)光細菌等，相較于傳統(tǒng)的單一化監(jiān)測方法，該技術能夠保障結果的客觀性[8]。隨著生產技術水平的提升，先進的在線監(jiān)測設備在實踐中應用得也越來越多，這些設備能夠發(fā)揮生物傳感器的作用，采集和分析水環(huán)境中生物的變化情況，在污染事件預警中的效果顯著，而且監(jiān)測范圍也會更加廣泛。

2.3 其他監(jiān)測技術

工業(yè)廢水監(jiān)測是現(xiàn)階段最基礎的任務，也是工業(yè)化進程中相對重要的環(huán)節(jié)，在開展基本監(jiān)測工作時，不僅要結合具體要求進行分析，還要通過可靠路徑推動相關工作的穩(wěn)步落實，以有效提升工作的實效性。除了可以采用上述方法實施檢測外，在實踐工作中還可以引入生物傳感器監(jiān)測技術和生物電化學監(jiān)測技術等，在物理轉換器和生物識別模塊的幫助下，實現(xiàn)信號的快速采集和轉換，可視化分析微生物和酶類物質的變化狀況，全面監(jiān)測工業(yè)廢水中的重金屬污染物和有機污染物等，微生物化學傳感器技術如圖3所示。全細胞細菌生物傳感器的性能更加可靠，能夠獲取生物在水體中的發(fā)光狀況，從而評估水域內COD的濃度情況。微生物燃料電池也是生物監(jiān)測領域的新技術，可以對COD、BOD和DO實施針對性監(jiān)測，使有機污染物的檢出效率更高。多氯聯(lián)苯也是工業(yè)廢水中的主要成分，可以采用電化學生物傳感器實施檢測，而酚類生物傳感器則能夠對水中的鄰甲酚和鄰苯二酚等實施精確化監(jiān)測[9]。隨著智能化的發(fā)展，生物芯片技術的研發(fā)工作也在逐步推進，有效提高了該技術的靈敏度，而且特異性作用顯著?？傊?，在選擇相關技術手段時要綜合考慮，除了分析應用要求和基本標準以外，也要了解具體的應用方式，這樣才能更好地提升作業(yè)實效，滿足相關工作的需求。

圖3 微生物化學傳感器技術

3 結語

在工業(yè)廢水監(jiān)測工作中，生物監(jiān)測技術的應用越來越廣泛，該技術可以幫助監(jiān)測人員全面了解水環(huán)境狀況，且具有成本投入低的特點，為污染治理工作提供了可靠依據(jù)。目前常用的兩種技術主要為微生物群落監(jiān)測技術和生物毒性測試技術，前者又包括PFU監(jiān)測技術和分子生物學-微生物群落監(jiān)測技術，后者主要包括發(fā)光細菌急性毒性測試技術、藻類和蚤類毒性測試技術、魚類毒性測試技術和成組生物毒性測試技術等。隨著信息時代的發(fā)展，生物傳感器監(jiān)測技術和生物芯片技術等的應用也逐漸增多，可以獲得更加精確可靠的工業(yè)廢水信息，為環(huán)境保護工作的實施提供保障。