水環(huán)境治理中生物監(jiān)測方法運(yùn)用研究

山東省濟(jì)寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 李丹，陳效周

傳統(tǒng)的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測方式主要分為物理方式和化學(xué)方式,由于現(xiàn)階段傳統(tǒng)的監(jiān)測方法已無法適應(yīng)實(shí)際需要,因此就需要對成本低、效率高、精確度高的水質(zhì)監(jiān)測方法展開研究。生物監(jiān)測方法主要是利用生物個體、群落或種群之間對自然環(huán)境的改變所產(chǎn)生的一系列反應(yīng),以及利用生物個體對自然環(huán)境的影響,對水環(huán)境的污染程度進(jìn)行分析和評估[1]。生物監(jiān)測方法初創(chuàng)于20世紀(jì)初期,現(xiàn)階段的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)完善,并且已取得了一定的使用效益,應(yīng)用范圍也在逐漸拓寬?，F(xiàn)階段,生物監(jiān)測方法已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測的主要方法。中國生物監(jiān)測方法的科研人員需要進(jìn)一步對生物監(jiān)測方法展開深入研究。

一、水環(huán)境生物監(jiān)測方法分析

（一）生物監(jiān)測方法

生物科學(xué)方法具備比較明顯的綜合性特征，并且所涉及的領(lǐng)域相對廣泛，其中水環(huán)境生物監(jiān)測方法在水環(huán)境污染治理中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，科學(xué)應(yīng)用此種監(jiān)測方法開展區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境水污染監(jiān)測工作,既可通過對環(huán)境水質(zhì)中的生物群系以及個體數(shù)量等進(jìn)行長期監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析,據(jù)此對環(huán)境污染程度作出有效評估,同時還可利用待測水源開展各種水生生物培養(yǎng)試驗(yàn),通過對影響因素進(jìn)行長時間觀測和數(shù)據(jù)分析,全面掌握和了解有關(guān)水源的環(huán)境水質(zhì)狀況[2]。另外,利用生物監(jiān)測方法對地表水污染物進(jìn)行實(shí)時檢測時,還能夠利用慢性毒物測試對一些導(dǎo)致畸形甚至致癌的毒物及其他有關(guān)毒害因子進(jìn)行分類,以對地表水污染物狀況作出有效評估,為地表水污染物防控工作和環(huán)境保護(hù)管理工作提供一定的依據(jù)支撐。

（二）水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測方法的特點(diǎn)

在水環(huán)境監(jiān)測過程中,物理檢測以及化學(xué)檢測都有著方便簡易以及檢測速度快的優(yōu)點(diǎn),但是從水體環(huán)境質(zhì)量整體監(jiān)測以及評估的視角來看,物理監(jiān)測以及化學(xué)監(jiān)測的局限性也相對較強(qiáng),無法有效、全面地體現(xiàn)出水污染物的綜合性以及其對生物環(huán)境造成的危害。生物監(jiān)測方法則具備綜合性較高、靈敏度和直觀性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),和傳統(tǒng)的物理監(jiān)測方法、化學(xué)監(jiān)測方式比較,生物監(jiān)測方法主要具有以下幾個特點(diǎn)：

（1）特定區(qū)域內(nèi)生活的生物能夠強(qiáng)將污染狀況綜合性地反映出來，傳統(tǒng)的物理監(jiān)測以及化學(xué)監(jiān)測所取得的監(jiān)測結(jié)果只能代表取樣期間的水質(zhì)情況，生物監(jiān)測方法則具有長期性及連續(xù)性的特點(diǎn)[3-4]。（2）一些生物對水環(huán)境變化情況的敏感程度相對較高，能夠?qū)δ承┚茉O(shè)備難以監(jiān)測的微量污染物產(chǎn)生反應(yīng)，同時還會表現(xiàn)出對應(yīng)的受損情況，其效果更加可靠直觀，同時具有靈敏性高的特點(diǎn)。（3）由于一種生物會對不同的污染物產(chǎn)生不同的情況，因此生物監(jiān)測方法具有多樣性，其監(jiān)測功能更加多樣。（4）物理監(jiān)測方法以及化學(xué)監(jiān)測方法只能監(jiān)測某個特定條件下水環(huán)境中污染物的含量以及種類，但生物監(jiān)測方法能夠反映出多種污染物在自然條件下對生態(tài)環(huán)境造成的綜合影響，其能夠更加全面、客觀地對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測以及評價。（5）物理監(jiān)測和化學(xué)監(jiān)測只能從所暴露的水平反映污染物的實(shí)際情況，但生物監(jiān)測方法能夠直觀地反映出污染物對生物所造成的影響，利用一些常見的生物能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，進(jìn)而有效增強(qiáng)監(jiān)測的直觀性。例如，湖泊水體富氧化以及樹葉出現(xiàn)斑點(diǎn)等都能直觀有效地反映出環(huán)境實(shí)際情況。

（三）生物監(jiān)測方法在水環(huán)境治理方面的積極作用

在水環(huán)境治理中運(yùn)用生物監(jiān)測方法有著重要的意義和優(yōu)越性,可以為水環(huán)境治理提供可信依據(jù)。首先,水生物監(jiān)測方法的使用可以較為全面、客觀、動態(tài)地開展高效監(jiān)測,以確保監(jiān)測成果的真實(shí)性和有效性。與傳統(tǒng)的監(jiān)測方法比較,水生物監(jiān)測方法在迅速反應(yīng)水體環(huán)境變動狀況、體現(xiàn)不同生態(tài)間的綜合效應(yīng)、有效預(yù)測環(huán)境污染、大范圍監(jiān)測、低廉成本等方面都具有明顯優(yōu)勢,這也導(dǎo)致其在實(shí)際運(yùn)用中比傳統(tǒng)監(jiān)測方法更具有競爭力,因此得到了廣泛應(yīng)用。其次,由于生物監(jiān)測方法是直接針對生物群落進(jìn)行監(jiān)測,因此可以為水環(huán)境治理方法的制定提供有效基礎(chǔ)。水環(huán)境治理不僅要清除污染源、改變生存環(huán)境,還必須強(qiáng)化對整個生態(tài)系統(tǒng)管理的維護(hù),并重點(diǎn)強(qiáng)化對各種水生物的保護(hù)。合理應(yīng)用生物監(jiān)測方法,能夠直接反映水中生物群落的實(shí)際狀況,從而使水環(huán)境治理可以更有效地實(shí)現(xiàn)對水生物的保護(hù),避免各種不良因素對水生物繁殖與生長發(fā)育造成影響,進(jìn)而加強(qiáng)了對生態(tài)的保護(hù)。

二、水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測方法的運(yùn)用

（一）利用發(fā)光細(xì)菌法進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測

在水環(huán)境監(jiān)測中,發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測方法是一個相當(dāng)成熟的監(jiān)測方法,其適應(yīng)性相對較好?，F(xiàn)階段,發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測方法主要使用紫外光方法以及熒光方法,能夠使監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確率更高。發(fā)光性細(xì)菌監(jiān)測方法主要用于日常生活用水監(jiān)測,保證了日常生活用水不會出現(xiàn)質(zhì)量問題[5]。利用發(fā)光細(xì)菌方法開展水環(huán)境監(jiān)測工作時,其對有害化學(xué)物質(zhì)的靈敏度相對較高,同時監(jiān)測速度相對較快?，F(xiàn)階段的檢測流程中,主要對空氣污染物的基因毒性進(jìn)行檢測,以及對生物細(xì)胞的發(fā)光特性進(jìn)行檢測,一般在三小時內(nèi)就能得到比較準(zhǔn)確可靠的檢測結(jié)果。

（二）利用生物行為反應(yīng)監(jiān)測法進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測

在水體生態(tài)中,當(dāng)某些生物遭受污染物影響時,就會發(fā)生一定的變化,,通過生物的反應(yīng)就能夠?qū)ξ廴疚锏膶?shí)際狀態(tài)作出合理的評估,從而對水污染狀況作出評估,分析污染物的實(shí)際情況和其在水體中的含量。因此在淡水環(huán)境監(jiān)測中,魚類成為污染監(jiān)測對象,對魚類實(shí)施監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)水體環(huán)境的評估目的。據(jù)有關(guān)科學(xué)研究證實(shí),由于斑馬魚的基因組和人類基因相似,所以通過斑馬魚的反應(yīng)能夠?qū)λ|(zhì)結(jié)果進(jìn)行評估,從而推斷出水體對人類健康產(chǎn)生的負(fù)面影響[6]。假使斑馬魚體內(nèi)的毒性濃度相對較高,表示該地區(qū)的水源不適合人類使用。一些重金屬污染物也可以通過該方法進(jìn)行監(jiān)測,例如，二價鉛氫離子、二價銅離子等,這些重金屬在斑馬魚體內(nèi)會發(fā)生不同的反應(yīng),可以依據(jù)斑馬魚的反應(yīng)狀況對污染物作出評估。斑馬魚體內(nèi)的過氧化氫酶活力和重金屬根離子間也會發(fā)生副劑量效應(yīng)關(guān)系,從而使水體環(huán)境中的重金屬污染狀況表現(xiàn)出來。

（三）利用微生物群落法進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測

微生物群落方法一般是對一些植物真菌以及藻類等微生物進(jìn)行監(jiān)測。

通過數(shù)理統(tǒng)計,對水體環(huán)境中生物所發(fā)生的變化情況進(jìn)行監(jiān)測,并對每次監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析,同時對相關(guān)的生物數(shù)據(jù)加以處理,從而正確掌握水體環(huán)境中各類植物真菌以及藻類的分布情況,以及對水體環(huán)境的危害程度等作出評估,實(shí)現(xiàn)對水體環(huán)境品質(zhì)進(jìn)行評估的目的。一些研究機(jī)構(gòu)利用微生物群落方法對化工工業(yè)廢水進(jìn)行研究之后,也可通過所收集的生物數(shù)據(jù)對水體環(huán)境進(jìn)行分類,通過逐漸下降的集群水平就能夠?qū)λw污染物的影響程度作出判斷。

（四）利用生物監(jiān)測法進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測

生物監(jiān)測就是對生物受到污染后所作出的反應(yīng)進(jìn)行判斷,進(jìn)而對污染物的種類以及含量進(jìn)行分析,由此判斷水環(huán)境的污染程度。水污染生物實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是對水資源進(jìn)行毒性試驗(yàn),如在開展急性毒性試驗(yàn)時,就可以在24小時內(nèi)對大量或反復(fù)暴露的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行檢測,并對其所包含的有毒化合物性質(zhì)和危險化學(xué)物質(zhì)的含量作出正確評估,而且還可以在短期內(nèi)得到一定的數(shù)據(jù),為其他有毒物質(zhì)的監(jiān)測提供一定的參考[7]。實(shí)驗(yàn)生物長期暴露于不同含量的試驗(yàn)物中會產(chǎn)生不同的化學(xué)反應(yīng),比如實(shí)驗(yàn)，生物長期處在高毒性試驗(yàn)物中就會發(fā)生活力下降等現(xiàn)象,從而能夠通過實(shí)驗(yàn)生物的變異情況制定污染濃度曲線,對水環(huán)境污染的危害性作出正確判斷。

三、水環(huán)境治理策略分析

在環(huán)保主義和可持續(xù)發(fā)展理念盛行的今天,環(huán)境治理顯得十分重要,因?yàn)橹挥凶龊铆h(huán)保與社會生態(tài)建設(shè)工作,方可兼顧社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益,形成更加和諧的自然環(huán)境,從而為人與自然良性發(fā)展提供根本性保障。自然環(huán)境綜合治理涉及大氣環(huán)境保護(hù)、水環(huán)境保護(hù)、土地環(huán)境保護(hù)等多項(xiàng)內(nèi)容,水資源環(huán)境治理也是當(dāng)下中國生態(tài)環(huán)境保護(hù)事業(yè)建設(shè)發(fā)展的重心所在。水是人類生命的源頭,當(dāng)水環(huán)境遭到污染和破壞時,人類社會的健康發(fā)展也必將遭受重創(chuàng),因此國家需要進(jìn)一步加強(qiáng)對水環(huán)境治理工作的重視。

（一）水污染監(jiān)測指標(biāo)

（1）單一污染物濃度控制。當(dāng)前水污染環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)是對工業(yè)污水排放的特征環(huán)境污染產(chǎn)物進(jìn)行監(jiān)測,如揮發(fā)酚、氰化物、氟化物、硫化物、油類、COD、氨氮廢物、Cr6+、Cd、Hg等,工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各種危害的具體環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和排放規(guī)范[8]，運(yùn)用理化方法能迅速而精確地計算出環(huán)境污染物樣本中主要污染的類型和含量,以便確定環(huán)境污染物能否滿足環(huán)境污染標(biāo)準(zhǔn)。

（2）污染物排放總量控制。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和群眾生活水平的不斷改善,水資源的供需矛盾和水體污染已成為影響城市建設(shè)的主要原因。采用單純的污染濃度管理、污染源檢測與監(jiān)督已無法應(yīng)對這些挑戰(zhàn),實(shí)行污染排放總量管理和排污許可制度是控制水環(huán)境污染的必然趨勢。所謂總量管理,就是在某個區(qū)域?qū)χ攸c(diǎn)污染源和主要污染物實(shí)行數(shù)量管理。因?yàn)槲廴驹幢O(jiān)督檢測需要很精確地測定污染的總排放量,除了有精確的含量外,還需要有精確的流速?？偭勘O(jiān)控的主要指標(biāo)是廢水的日排放量[9]。目前,由于在我國還沒有推廣城市污水自動采樣儀,要得出精確的結(jié)論并不是完全依靠物料衡算,也沒有辦法將取樣監(jiān)測和現(xiàn)場測流分離,因此需要雙管齊下、同步進(jìn)行。

（二）水環(huán)境治理方法

1.氨氮去除方法

氨氮去除方法主要有以下幾種：（1）預(yù)曝氣生物接觸氧化。國內(nèi)外大量研究表明，此種水處理方法可以有效去除水體中70%-80%的氨氮含量。水體中的銨和氨是不相同的，銨是離子，在水中具有比較好的溶解性，很難進(jìn)行吸附，而氨是游離態(tài)，通過曝氣可以讓其揮發(fā)到空氣中。（2）折點(diǎn)加氯預(yù)氧化。這種處理方法不僅可以將水中的氨氣去除，而且在處理過程中還能生成氯胺，使消毒作用時間得以延長。在水中投入氯氣，產(chǎn)生的次氯酸可以與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果水體中的氨氣濃度較高，可以加大氯氣的投入量，產(chǎn)生的氮?dú)饩涂梢酝ㄟ^曝氣從水中去除。（3）通過生化反應(yīng)排除。對地表水進(jìn)行生化處理，由于有機(jī)物濃度較低，可以在水處理工藝流程的過濾和沉淀環(huán)節(jié)之間加上曝氣生物濾池，這種濾池以活性炭為載體，通過各個水處理單元實(shí)現(xiàn)脫氮處理。

2.強(qiáng)化混凝

水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是微污染水源水質(zhì)的混凝，由于膠體可以對部分污染物起到保護(hù)作用，很難使其脫穩(wěn)。另外，需要對混凝的凝聚和絮凝在膠體反應(yīng)動力學(xué)方面的不同概念進(jìn)行區(qū)分，凝聚是通過藥劑水解化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)膠體脫穩(wěn)，對膠體的雙電層進(jìn)行壓縮，有效擺脫了水化膜的排斥力[10]。絮凝是脫穩(wěn)的膠體顆粒，通過水流的速度梯度攪動，發(fā)生接觸，然后慢慢吸附變?yōu)槿庋劭梢姷男鯛铙w。因?yàn)槟酆托跄臋C(jī)理存在差異，所以采取的處理方法也不同。

凝聚的措施：（1）預(yù)氧化包括加氯脫氮，讓助凝強(qiáng)化從而實(shí)現(xiàn)膠體脫穩(wěn)。（2）對進(jìn)水的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果原水中的堿度比較低，或者因?yàn)轭A(yù)氧化原因使得離子濃度加大，就需要在其中加入石灰來提升pH值，但不可過度矯正，如果pH值過高，原水中的腐殖酸鹽就會形成真溶液，從而導(dǎo)致色度增加。（3）加強(qiáng)曝氣，將混凝劑加入原水中后，需要及時散出產(chǎn)生的二氧化碳，讓混凝劑完全水解，散出游離的氨氣?？梢圆扇《嗉壍貧獾男问?，也可以直接使用空氣，注意要確?？諝饬渴翘幚硭康?0%左右。絮凝的措施：（1）需要保證GT變化曲線的合理性，對當(dāng)?shù)厮催M(jìn)行試驗(yàn)。（2）應(yīng)對原水濁度進(jìn)行滿足，尤其是處理溫度較低和濁度較低的水質(zhì)時，應(yīng)將CTC的設(shè)計理念充分體現(xiàn)出來。填料接觸絮凝以及折板反應(yīng)形式，微絮凝體被大量吸附，能夠克服低溫低濁度水處理的難題。

四、結(jié)語

綜上所述,生物科學(xué)方法是一個綜合性相對較強(qiáng)的專業(yè),并且所涉及的領(lǐng)域較為廣泛。包括生命科學(xué)、計算機(jī)方法和統(tǒng)計學(xué)等?，F(xiàn)階段的環(huán)境監(jiān)測中使用生物方法手段時間相對較短,仍處于初期發(fā)展階段，通過對當(dāng)前階段生物監(jiān)測方法的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)生物方法手段可以對水環(huán)境的品質(zhì)進(jìn)行科學(xué)高效的監(jiān)控,并且得到的數(shù)據(jù)信息比使用傳統(tǒng)的監(jiān)測方式所得到的數(shù)據(jù)信息更為精確,能夠有效提升水污染處理效率,并對水環(huán)境治理起到積極的促進(jìn)作用。隨著生物方法的不斷發(fā)展,在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用前景必然會更加廣闊,同時對水環(huán)境監(jiān)測的效率也會越來越高。