生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用及研究

池劍亭

上海藍(lán)科石化環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

1 引言

在自然界中，水環(huán)境是以不同形式存在的。一般是通過(guò)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)跨地域、跨空間的水系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。水環(huán)境與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，水環(huán)境被污染或是被破壞，它會(huì)直接或間接的破壞生物界的多樣性，從而造成人和其他生物之間的變化。而當(dāng)前隨著生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境中的應(yīng)用我們不難發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)可以很好地改善之前人為不能監(jiān)測(cè)到的污染源以及水環(huán)境中的各種微量元素，從而便于人們更快地掌握水環(huán)境各階段的安全現(xiàn)狀，這對(duì)整個(gè)的生態(tài)環(huán)境治理而言非常有針對(duì)性，因此值得大力推廣使用。

2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是利用某一特定水環(huán)境中的生物個(gè)體、種群對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，之后再根據(jù)收集到的信息從生物學(xué)角度對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督與評(píng)估的一種方式。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)最早源于20 世紀(jì)70 年代，是水污染和生物監(jiān)測(cè)研究的相關(guān)論述文集。如：美國(guó)的《水和廢水治理的生物檢測(cè)會(huì)議論文集》中，就有提到如何利用水生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)水環(huán)境中的各類(lèi)水生物進(jìn)行研究分析，從而得出關(guān)于水污染可能引發(fā)的一系列不安全因素的發(fā)生。當(dāng)前，全球面臨嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題，如：水資源短缺、土地資源沙漠化、全球變暖、不知名疾病傳播等眾多環(huán)境污染問(wèn)題。其中水污染在環(huán)境污染中占據(jù)了較大的比重，已經(jīng)引起了全球多國(guó)政府的高度關(guān)注，因此加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)變得至關(guān)重要。

現(xiàn)階段，我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)方式主要以生物監(jiān)測(cè)和理化監(jiān)測(cè)為主，且生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)越來(lái)越廣。而在實(shí)際的生物監(jiān)測(cè)工作中，水環(huán)境一旦受到污染，其內(nèi)部的生物生長(zhǎng)或是微量元素就會(huì)隨之發(fā)生變化。這時(shí)利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以直觀(guān)可靠的對(duì)水環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性，因此，可以很好地發(fā)現(xiàn)水環(huán)境中的污染物質(zhì)。其次，高精準(zhǔn)度也可以很好地將水環(huán)境中的污染源和有毒含量進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)備，在水環(huán)境不達(dá)標(biāo)或受到污染前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以備相關(guān)人員緊急做出治理方案，降低環(huán)境污染率。當(dāng)前社會(huì)信息化、智能化技術(shù)不斷發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域早已實(shí)施智能化管控。水環(huán)境作為人們生產(chǎn)和生活的基礎(chǔ)，實(shí)施生物監(jiān)測(cè)技術(shù)成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。而自動(dòng)化生物檢測(cè)器作為一種新型的監(jiān)測(cè)技術(shù)，它可以有效地檢測(cè)出水體中的污染物含量，這大大地提升了我國(guó)水環(huán)境工程的整體安全性。但是，目前由于我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)起步較晚，相關(guān)監(jiān)測(cè)管理的信息化、智能化技術(shù)水平還比較弱，這也導(dǎo)致水環(huán)境缺乏完善的監(jiān)測(cè)與管理體系，監(jiān)測(cè)信息接收遲緩或問(wèn)題處理不及時(shí)等問(wèn)題增多，這在某種程度上也影響著我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)的整體質(zhì)量。針對(duì)這種情況，相關(guān)企業(yè)就要引起重視，要多嘗試將信息化智能化的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的生物監(jiān)測(cè)中，從而提升整體水環(huán)境的安全性。

3 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中應(yīng)用的意義

在天然水域中，各種微生物之間存在一定的平衡和制約關(guān)系，一旦水環(huán)境受到污染或是破壞，其中的生物就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的反應(yīng)，這也是為什么水生物可以很好地對(duì)水環(huán)境污染做出判斷的原因。最開(kāi)始污染物是以分子的形式存在于生態(tài)系統(tǒng)中，之后隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的污染物被排放到水環(huán)境中，導(dǎo)致水生物系統(tǒng)出現(xiàn)混亂，從而影響整體生態(tài)平衡。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，這種影響是長(zhǎng)久的且會(huì)傳遞到生物鏈的最頂端?，F(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)開(kāi)始采用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)。這種方法可以最直接的完成有關(guān)污染數(shù)據(jù)采集，之后再對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，該技術(shù)使用周期較短、且精準(zhǔn)度高，它能夠完成從生物細(xì)胞到微量元素變化的過(guò)程數(shù)據(jù)采集，并且可以借助生物的外部環(huán)境實(shí)施多元化信息搜集與檢測(cè)，這對(duì)整個(gè)水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)與控制有一定的輔助作用。

其次，與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式對(duì)比，運(yùn)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)我們可以發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的外源微生物對(duì)水生物的影響，這是傳統(tǒng)技術(shù)不能監(jiān)測(cè)到的。水環(huán)境中的生物具有多樣性，一旦水生物接觸到多種或是復(fù)雜的污染物就可能引發(fā)一系列的生物病變。這種情況下，采用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)污染物進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，從而分析出污染物對(duì)生物帶來(lái)的危害。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的預(yù)見(jiàn)性特點(diǎn)也可以很好地分析出污染物對(duì)生物的利弊。一旦污染物傳播到生物鏈的頂端時(shí)，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)就會(huì)根據(jù)預(yù)測(cè)信息與監(jiān)測(cè)信息提前設(shè)置解決對(duì)策。與傳統(tǒng)人為監(jiān)測(cè)對(duì)比，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)作為新的檢測(cè)手段，它可以根據(jù)生物的變化和發(fā)展很容易分析出污染物的破壞性和有毒性，并提前給出預(yù)警提醒，這樣一來(lái)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)管理成本和應(yīng)用價(jià)值就得到了最大限度地展示。

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

4.1 指示生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

在實(shí)際的工作中，我們不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體的質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，生物會(huì)在第一時(shí)間給出反饋。如：水中氧氣含量增加、化工廢水排放到整體水環(huán)境中，水中的生物會(huì)第一時(shí)間給予反饋。水污染較輕，水生物可能就會(huì)表現(xiàn)出小范圍的受害性表現(xiàn)，污染嚴(yán)重的情況下可能會(huì)出現(xiàn)某種生物的大規(guī)模死亡或變異。這種情況下，應(yīng)用指示生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，就可以提前探知水生物的變化，并將發(fā)生變化的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，以便后續(xù)進(jìn)行更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析。

4.2 群落生物測(cè)試分析技術(shù)

在自然界的某一區(qū)域內(nèi)，必然會(huì)有很多不同的生物種類(lèi)和其他微小生物群。這些微小生物的變化是常人肉眼無(wú)法辨別的，這時(shí)就需要利用有關(guān)儀器和技術(shù)進(jìn)行觀(guān)察。要知道不同的生物可能對(duì)污染物的承受程度不同，當(dāng)生物出現(xiàn)集體病變或是損害時(shí)其相應(yīng)的生理特征就會(huì)發(fā)生變化。如：馬鞍山的廢水導(dǎo)致水花生根尖發(fā)生變化，這種集體受害在病變前期人們是無(wú)法肉眼識(shí)別的，因此需要借助新檢測(cè)儀器和數(shù)據(jù)信息對(duì)水花生的根部細(xì)胞核進(jìn)行檢測(cè)，之后再根據(jù)實(shí)際情況對(duì)不同的植物進(jìn)行詳細(xì)分析，這種經(jīng)過(guò)反復(fù)推測(cè)來(lái)檢測(cè)水體安全的方式被稱(chēng)為群落生物測(cè)試分析技術(shù)。

4.3 細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)

在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，現(xiàn)有的專(zhuān)業(yè)性技術(shù)主要是利用生物DNA鏈損傷來(lái)判斷生物的污染比例。這種技術(shù)對(duì)水環(huán)境中的相關(guān)物質(zhì)破壞比較小，且對(duì)于低濃度的污染物有著較強(qiáng)的感知作用。作為一種新型技術(shù)，細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)可以很好的根據(jù)生物的種類(lèi)對(duì)其深層細(xì)胞體進(jìn)行研究和判定，對(duì)于水環(huán)境中的無(wú)脊椎動(dòng)植物而言，其研究?jī)?nèi)容非常有參考價(jià)值?，F(xiàn)階段，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究主要沿用20 世紀(jì)80 年代所提出的新型遺傳病毒檢測(cè)技術(shù)，即SOS 法。這種技術(shù)主要是對(duì)發(fā)生變化的生物DNA 分子進(jìn)行復(fù)制，之后再結(jié)合原生物鏈進(jìn)行修復(fù)，生物復(fù)制鏈可以使大腸桿菌作出相應(yīng)的應(yīng)答。這種技術(shù)在水環(huán)境中耗時(shí)間短、且得出的數(shù)據(jù)信息也具有較強(qiáng)的可靠性。相比于糞類(lèi)大腸菌群中多管發(fā)酵法和濾膜法方法，該技術(shù)具有簡(jiǎn)單、且周期和工作量小等特點(diǎn)，它可以很好地對(duì)檢測(cè)的生物細(xì)胞進(jìn)行監(jiān)測(cè)并給予精準(zhǔn)分析，從而最快速的判斷水生物的相關(guān)反應(yīng)。

4.4 底棲和兩棲監(jiān)測(cè)技術(shù)

在水環(huán)境中，底棲和兩棲動(dòng)物數(shù)量是監(jiān)測(cè)水環(huán)境質(zhì)量的重要因素。而監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)底棲和兩棲生物的生理特性、行為反應(yīng)等相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)生物生存的水質(zhì)及水環(huán)境污染等諸多問(wèn)題。底棲和兩棲監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用范圍較廣、涵蓋面也較為豐富，因此，可以很好地幫助人們鑒別水環(huán)境中的污染元素。

4.5 生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是借助傳感器對(duì)水環(huán)境中的信息變化進(jìn)行自動(dòng)捕捉和識(shí)別分析。該技術(shù)的應(yīng)用主要是來(lái)監(jiān)測(cè)部分生物的有機(jī)體變化，即應(yīng)急響應(yīng)。生物有機(jī)體的應(yīng)急響應(yīng)會(huì)以電信號(hào)的形式進(jìn)行傳播，如：一旦出現(xiàn)水環(huán)境破壞或是污染，傳感器就會(huì)自動(dòng)捕捉污染信息將測(cè)量的水污染濃度和指標(biāo)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)管控系統(tǒng)中，這樣一來(lái)總系統(tǒng)就可以結(jié)合有機(jī)體的DNA技術(shù)進(jìn)行生物復(fù)制鏈的重組。同時(shí)，監(jiān)測(cè)到的電信號(hào)也可以提早幫助我們了解和分析生物攜帶的污染毒素的成分和含量，從而有效的幫助相關(guān)企業(yè)提升水環(huán)境的治理目標(biāo)。

5 應(yīng)用前景分析

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用力度會(huì)隨著社會(huì)生產(chǎn)力度的增加而提升，尤其是在生態(tài)環(huán)境日益嚴(yán)重的今天，該技術(shù)會(huì)有較大的市場(chǎng)前景。未來(lái)，該技術(shù)將面臨更廣的水域環(huán)境，且可能會(huì)被應(yīng)用到更大規(guī)模、更復(fù)雜的水環(huán)境工程中。因此生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的低成本、易操作、毒性小等特性，可以讓監(jiān)測(cè)管理部門(mén)實(shí)時(shí)掌握水的變化情況，尤其是在未來(lái)隨著生物監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以為生態(tài)環(huán)境治理與平衡，提供有效的參考數(shù)據(jù)，這對(duì)于未來(lái)社會(huì)發(fā)展以及自然界生態(tài)保護(hù)有著非常大的推動(dòng)作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用已成為時(shí)代發(fā)展的一種趨勢(shì)，該技術(shù)可以從生物學(xué)的角度來(lái)監(jiān)測(cè)和分析水環(huán)境的安全指標(biāo)，同時(shí)該技術(shù)還可以提升水環(huán)境的監(jiān)測(cè)質(zhì)量，并對(duì)污染物的生物毒性作出細(xì)致分析，因此將生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的水環(huán)境工程監(jiān)測(cè)中，這對(duì)推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的作用。