生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

黃曉慧 王鵬

摘要：我國近年來水環(huán)境污染嚴(yán)重，水環(huán)境保護工作越來越重要。通過合理運用生物監(jiān)測技術(shù)來改變措施，從而改善水環(huán)境質(zhì)量勢在必行。水環(huán)境工程監(jiān)測內(nèi)容主要是研究水環(huán)境污染和水中各類生物生長發(fā)育、分布、生態(tài)系統(tǒng)變化及生理化指標(biāo)之間的關(guān)系，研究生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用對提高水環(huán)境工程監(jiān)測的安全性有著重要的意義。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，分析生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵：詞生物監(jiān)測技術(shù);水環(huán)境工程;應(yīng)用;環(huán)境保護;污染控制

引言

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用有監(jiān)測水環(huán)境污染動態(tài)、預(yù)測污染發(fā)展情況、降低水環(huán)境監(jiān)測成本、提高水環(huán)境監(jiān)測效率和質(zhì)量的作用。未來，隨著生物監(jiān)測技術(shù)水平的提升，生物監(jiān)測技術(shù)將應(yīng)用到解決更加復(fù)雜的水環(huán)境系統(tǒng)工程問題。它能為環(huán)境治理提供客觀、精準(zhǔn)的治理依據(jù)，在復(fù)合污染嚴(yán)重的水環(huán)境綜合治理中發(fā)揮更加重要的作用。由此可見，生物監(jiān)測技術(shù)對改善水環(huán)境質(zhì)量具有積極的作用。

1生物監(jiān)測技術(shù)概述

1.1生物監(jiān)測的內(nèi)涵

利用生物個體、種群或群落對環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用并不僅僅局限于對區(qū)域污染物物種的檢測，更是與周邊環(huán)境結(jié)合所進行的檢測，以此來確定水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境之間的相互影響作用。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。

1.2生物監(jiān)測的原理

天然水域環(huán)境中，各類生物之間是一種相互制約且平衡的關(guān)系，一旦水體環(huán)境遭到污染，打破這種平衡關(guān)系，生物就會出現(xiàn)相應(yīng)的反應(yīng)，所以人們可以根據(jù)水環(huán)境中生物的變化來判斷水污染種類和污染程度。研究發(fā)現(xiàn)，水環(huán)境中的污染物最初都是以分子形態(tài)影響水生態(tài)系統(tǒng)，而且影響會持續(xù)傳遞到生物鏈最頂端，污染物不僅會直接作用于某種生物，還會使各生物之間產(chǎn)生相互作用。

2生物監(jiān)測技術(shù)的分析

2.1生物毒性測試法

盡管理化監(jiān)測可以快速、準(zhǔn)確地判斷污染物的環(huán)境水平，但對于污染物成分通常比較復(fù)雜的水環(huán)境來說，該方法難以反映全部污染組分對環(huán)境的綜合影響。生物毒性測試法可以綜合反映水環(huán)境中各種污染物的相互作用，判定污染水平與生物效應(yīng)的直接關(guān)系。目前常用的水生物毒性分析方法有發(fā)光細(xì)菌急性毒性測試法、藻類毒性測試法、蚤類毒性測試法和魚類毒性測試法等。

2.2生物傳感器監(jiān)測技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測技術(shù)通過配置適當(dāng)型號的生物傳感器，將生物敏感度轉(zhuǎn)換為電信號實施監(jiān)測。傳感器主要以固定化的生物敏感材料作為識別元件，配有信號放大裝置和理化換能器。簡單來講，其持續(xù)將生物材料感受到的有規(guī)律的信息轉(zhuǎn)換為人們可理解的信息，最終為水環(huán)境質(zhì)量判定提供依據(jù)。與其他生物監(jiān)測技術(shù)相比，生物傳感器監(jiān)測技術(shù)具有準(zhǔn)確度高、專一性強、分析快等優(yōu)勢，常用的生物傳感器分為BOD傳感器、DNA傳感器以及微生物傳感器等。

2.3生物發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)

水環(huán)境中的部分細(xì)菌具有發(fā)光特性，在分子氧和細(xì)胞內(nèi)熒光酶的催化作用下還原態(tài)的黃素單核苷酸會被氧化成長鏈脂肪酸。水環(huán)境污染程度不同，從而細(xì)菌的發(fā)光強度則不同。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)主要利用水中部分細(xì)菌的發(fā)光特性判斷水污染，此類細(xì)菌本身會釋放出長波段的藍(lán)綠光，人的肉眼即可觀測。現(xiàn)如今，該技術(shù)主要被應(yīng)用于監(jiān)測水環(huán)境有機物和重金屬污染。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)在實踐應(yīng)用中不僅操作簡便，而且靈敏度和監(jiān)測準(zhǔn)確率高，所以受到人們的廣泛青睞。當(dāng)前還需要不斷完善水環(huán)境污染遺傳毒性快速監(jiān)測體系，以實現(xiàn)對水環(huán)境綜合毒性評價結(jié)果的快速獲取。

3生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的作用

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用實現(xiàn)了對水環(huán)境的綜合性監(jiān)測，整個監(jiān)測過程體現(xiàn)出實時性和動態(tài)化特征，有效提高了水環(huán)境監(jiān)測效率和監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確度，保證研究人員可以及時掌握完整和系統(tǒng)的水環(huán)境生物變化過程信息數(shù)據(jù)。生物監(jiān)測技術(shù)尤其適用于毒性范圍小但危害性大且持久的水環(huán)境污染監(jiān)測，不僅監(jiān)測效率高，而且成本低，所以現(xiàn)如今該項技術(shù)在水環(huán)境工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3.1生物毒性測試法在水環(huán)境工程中的作用

發(fā)光細(xì)菌急性毒性測試法、藻類和蚤類毒性測試法、魚類毒性測試法、成組生物毒性測試法在應(yīng)用綜合毒性指標(biāo)評價水環(huán)境時，需考慮選取有代表性的水生生物，明確受試生物綜合毒性的表征方式，廣泛開展工業(yè)廢水綜合毒性監(jiān)測研究并積累數(shù)據(jù)，構(gòu)建出適合我國的工業(yè)廢水生物毒性評價技術(shù)規(guī)范與管理辦法。

3.2生物傳感技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，生物傳感技術(shù)也獲得高速發(fā)展，主要被應(yīng)用于環(huán)境中酚類污染物、硝酸鹽、生化需氧量（BOD）的監(jiān)測。生物傳感器由識別能力的感受器和換能器組成。生物傳感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的原理是：待測物質(zhì)進入生物活性材料（如抗體、酶、DNA、蛋白質(zhì)等），經(jīng)感受器進行分子識別，發(fā)生生物反應(yīng)，產(chǎn)生特有信息，換能器將這些特有信息轉(zhuǎn)換為一系列電信號，并通過儀表放大設(shè)備將電子信號輸出，記錄結(jié)果，從而檢測出待測物質(zhì)的濃度。

3.3發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

發(fā)光菌具有發(fā)光現(xiàn)象，對土壤中的重金屬極其敏感，它是生物發(fā)光檢測技術(shù)的重要組成部分，生物發(fā)光檢測技術(shù)可根據(jù)發(fā)光菌的發(fā)光強度來判斷土壤中的某些重金屬含量，進一步確定土壤污染情況。在對此類水體進行污染監(jiān)測的過程中，借助于發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)，便可讓工業(yè)廢水中的有毒污染物種類、毒性大小和不同物質(zhì)之間的相互作用得以有效明確，為水環(huán)境治理奠定更加科學(xué)的基礎(chǔ)。

3.4微生物群落監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

自然水域之所以能夠孕育多種微生物，主要是因為其中存在多種藻類植物、原生動物及細(xì)菌等，這些生物之間相互制約，形成一個完整的生態(tài)圈，但如果水環(huán)境受到污染，就會對生物的生長繁殖造成不良影響，甚至威脅其生存。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，人們需要利用微生物群落監(jiān)測技術(shù)，嚴(yán)密監(jiān)測水環(huán)境工程。該項技術(shù)通過監(jiān)測水環(huán)境中微生物的相對數(shù)量和頻率，評價水環(huán)境污染程度，輔助研究人員預(yù)測未來水環(huán)境的變化趨勢。微生物群落監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)得到較為廣泛的運用，而且隨著生物監(jiān)測體系的不斷完善，其展現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景。

結(jié)束語

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(xì)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(xì)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。

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