萬(wàn)夢(mèng)雪

（樂(lè)陵市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 樂(lè)陵 253600）

1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的概念

水是生命之源。在大自然中，有很多生物與水環(huán)境密切聯(lián)系、互相依存，如果水環(huán)境發(fā)生污染，將會(huì)對(duì)生物造成重要影響，輕則干擾生物的正常生長(zhǎng)、繁殖，重則導(dǎo)致生物基因變異，甚至滅絕。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是利用生物學(xué)原理和關(guān)聯(lián)效應(yīng)，對(duì)水環(huán)境中有關(guān)的生物體發(fā)育、繁殖、存活等各類形態(tài)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)其敏感性、反應(yīng)度的研究，判斷水體污染情況，且不同生物水平所采用的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)也有所不同，如表1 所示。[1]與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)等監(jiān)測(cè)技術(shù)不同，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的靈敏度更高、監(jiān)測(cè)內(nèi)容更豐富、監(jiān)測(cè)方式更便捷、投入成本更低廉、監(jiān)測(cè)結(jié)果更直觀明顯，同時(shí)，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)還能與物理、化學(xué)等監(jiān)測(cè)技術(shù)同步使用，作為有效補(bǔ)充和驗(yàn)證手段。但是，因生物監(jiān)測(cè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)還不夠系統(tǒng)科學(xué)、技術(shù)手段還不夠豐富全面，對(duì)個(gè)別工業(yè)廢水污染的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性還有一定的存疑。

表1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)匯總

2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，水體自身含有很多豐富的營(yíng)養(yǎng)元素、細(xì)菌藻類，可供微生物的生存繁殖。如果水體發(fā)生污染，將首先對(duì)微生物造成影響，因此微生物群成為水體污染監(jiān)測(cè)的首選，其監(jiān)測(cè)技術(shù)在工業(yè)廢水污染治理中廣泛應(yīng)用。在一定的條件下，通過(guò)對(duì)水體中微生物群的種類、數(shù)量、活動(dòng)頻率等監(jiān)測(cè)，可以對(duì)水體污染范圍、時(shí)間、程度進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，根據(jù)數(shù)據(jù)演算，還可以預(yù)測(cè)出未來(lái)一段時(shí)間水體改善或惡化的情況變化。隨著微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷完善，對(duì)微生物群落分析更加細(xì)化、專業(yè)化，該技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用前景將越來(lái)越廣泛。例如，在海水的水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，受環(huán)流、潮汐影響，一些監(jiān)測(cè)結(jié)果不夠精準(zhǔn)，但應(yīng)用該技術(shù)，加上聚氨酯泡沫塊體，可以明顯提升監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度。[2]

2.2 生物毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)于成分相對(duì)單一的工業(yè)廢水，采用理化監(jiān)測(cè)可有效且準(zhǔn)確地判斷出工業(yè)廢水的污染情況。但如果污染成分相對(duì)復(fù)雜，通過(guò)理化監(jiān)測(cè)很難完整的反映出污染綜合影響，這時(shí)就需要進(jìn)行生物毒性監(jiān)測(cè)，通過(guò)毒性的相互關(guān)聯(lián)作用，全面判斷廢水污染的成分、程度以及與生物效益的關(guān)系。當(dāng)前，較為常用的廢水生物毒性監(jiān)測(cè)主要有發(fā)光細(xì)菌毒性監(jiān)測(cè)、藻類毒性監(jiān)測(cè)、蚤類毒性監(jiān)測(cè)和魚類毒性監(jiān)測(cè)等，不同生物具體監(jiān)測(cè)方法見表2。

表2 不同生物標(biāo)準(zhǔn)毒性監(jiān)測(cè)

2.2.1 發(fā)光細(xì)菌毒性監(jiān)測(cè)

部分細(xì)菌自身具備發(fā)光性能，在氧分子作用下，細(xì)胞內(nèi)的熒光酶受到催化，核黃素-5-磷酸被氧化成LCFA，同時(shí)釋放一定強(qiáng)度和波長(zhǎng)的光（藍(lán)綠色）。這一類細(xì)菌的監(jiān)測(cè)時(shí)，主要通過(guò)pH6～9.3 的氯化鈉和0.3%濃度的甘油進(jìn)行發(fā)光監(jiān)測(cè)，這類細(xì)菌主要可分為淡水發(fā)光細(xì)菌如青?；【?、霍亂弧菌以及發(fā)光異短桿菌等，以及海水發(fā)光細(xì)菌。[3]在工業(yè)廢水中，一旦水體污染濃度改變，發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度將會(huì)發(fā)生改變，因此，發(fā)光強(qiáng)度可作為水污染監(jiān)測(cè)的直接、有效指標(biāo)之一。

目前，該技術(shù)主要用于監(jiān)測(cè)重金屬和有機(jī)物的濃度，相對(duì)來(lái)說(shuō)，其操作更簡(jiǎn)捷、結(jié)果更準(zhǔn)確、靈敏度更高，因此應(yīng)用較為廣泛。

2.2.2 底棲生物毒性監(jiān)測(cè)

水體中生存著一定數(shù)量和種類的底棲生物，如螺螄、河蚌、牡蠣等，這些動(dòng)物的分布范圍、關(guān)聯(lián)行為、繁殖能力等都可以作為水體污染的評(píng)標(biāo)指標(biāo)，特別是一些需要凈水的動(dòng)物，更易判斷出水體污染程度和水體健康指數(shù)。通過(guò)對(duì)底棲生物的發(fā)育成長(zhǎng)過(guò)程監(jiān)測(cè)，以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)、敏感程度的分析可以有效對(duì)水體進(jìn)行評(píng)價(jià)，并測(cè)定水體中重金屬、農(nóng)藥殘留的濃度。

2.2.3 魚類毒性監(jiān)測(cè)

在水體中，魚蝦類屬于高等級(jí)動(dòng)物，屬于食物鏈的頂端，采用魚蝦類作為測(cè)體，其技術(shù)應(yīng)用已久且很成熟，主要應(yīng)用于工業(yè)廢水的毒性測(cè)試。當(dāng)水體污染超過(guò)一定范圍，其含氧量會(huì)下降，靠氧氣生存的魚蝦類將會(huì)很快地做出明顯反應(yīng)，如跳躍水面、肚皮向上等。有的魚蝦類與人類基因很接近，比如斑馬魚，其基因和人類相似度約90%，用斑馬魚作毒性測(cè)試，其結(jié)果對(duì)人類有直接借鑒意義。[4]當(dāng)水體有嚴(yán)重污染，或存在致毒物質(zhì)時(shí)，敏感的斑馬魚將會(huì)加快呼吸，魚鰓無(wú)節(jié)奏的煽動(dòng)，跳躍出水面，直至死亡。

2.2.4 藻類、蚤類毒性監(jiān)測(cè)

藻類和蚤類等生物個(gè)體相對(duì)較小，在正常的水體中可進(jìn)行大量繁殖。然而，一旦水體環(huán)境出現(xiàn)惡化，藻類的生長(zhǎng)就會(huì)因環(huán)境改變而受到抑制，蚤類的生長(zhǎng)以及繁殖能力也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變。因此，在生物毒性監(jiān)測(cè)中，可通過(guò)將生長(zhǎng)率、繁殖率作為生物毒性監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的終點(diǎn)。尤其是藻類、蚤類等微生物毒性監(jiān)測(cè)，能夠通過(guò)生物生長(zhǎng)狀態(tài)的改變直接反應(yīng)工業(yè)廢水的毒性效應(yīng)，但采用該監(jiān)測(cè)方法，前期培養(yǎng)工作量往往較大，且監(jiān)測(cè)周期也相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)于水污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)適用性差[5]。

2.3 生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理是使用檢測(cè)儀器，將水體中微生物的濃度值傳感轉(zhuǎn)化成電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)技術(shù)。生物傳感器是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，主要作用是接收和轉(zhuǎn)換微生物信號(hào)，其識(shí)別元件涵蓋微生物的性能識(shí)別元件、理化換能器和信號(hào)放大裝置等（如圖1）。相對(duì)來(lái)說(shuō)，該技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)、分析數(shù)據(jù)快速且準(zhǔn)確，誤差小。生物傳感器包括BOD 傳感器、DNA 傳感器以及微生物傳感器等，其中，BOD 傳感器主要測(cè)定生化需氧量，通過(guò)瓦勃呼吸法、庫(kù)倫滴定法等，監(jiān)測(cè)分析溶解氧的含量和濃度，進(jìn)而確定水環(huán)境污染情況。[6]采用該方式進(jìn)行廢水污染監(jiān)測(cè)，能夠簡(jiǎn)化整個(gè)監(jiān)測(cè)流程，確保水污染監(jiān)測(cè)相關(guān)設(shè)施的有序推進(jìn)，從而進(jìn)一步提升工業(yè)廢水污染治理的成效，因此在很多地方應(yīng)用廣泛。較為常見的生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)有酚類生物傳感器、光化學(xué)生物傳感器、電化學(xué)生物傳感器、DNA 生物傳感器，以及基于熒光蛋白表達(dá)的細(xì)菌生物傳感器、基于抑制效應(yīng)的酶生物傳感器等，不同傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)Σ煌w污染類型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該技術(shù)特異性好、靈敏度高，能夠有效提高水體中的生物處理效率，但也不同程度地存在監(jiān)測(cè)設(shè)備、試劑等耗材經(jīng)濟(jì)成本高等不足。

圖1 生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)示意圖

3 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足

在工業(yè)廢水污染監(jiān)測(cè)中，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)還存在一定的不足，主要有：

一是水體生物的習(xí)性、分布、喜好不同，不同物種之間存在較大差異，對(duì)污染物的反應(yīng)也不相同，即使同一種生物因個(gè)體大小、成長(zhǎng)環(huán)境差異，對(duì)同樣水體的反應(yīng)也不盡相同，如此就會(huì)造成監(jiān)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性及準(zhǔn)確性無(wú)法保證。因此，在監(jiān)測(cè)時(shí)要綜合考慮水體的不同特征、生物的不同習(xí)性、監(jiān)測(cè)區(qū)域的不同環(huán)境，設(shè)定差異性的測(cè)試周期，同時(shí)，還要結(jié)合氣候、溫度等條件，提前做好監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，并對(duì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及頻率燈光各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，以最大化減少和消除誤差[7-8]。

二是水體中生態(tài)鏈條交叉，生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，在工業(yè)廢水污染濃度較低或污染危害釋放緩慢時(shí)，一些生物群體難以在短期內(nèi)出現(xiàn)明顯的反應(yīng)，即生物學(xué)效應(yīng)不明顯，監(jiān)測(cè)結(jié)果往往會(huì)存在偏差。因此，要結(jié)合不同生物群體的特征、行為，確定不同的理化監(jiān)測(cè)指標(biāo)，以精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)出廢水污染的濃度，分析潛在危害。

三是受技術(shù)影響，生物群落鑒定、實(shí)驗(yàn)技術(shù)還不夠先進(jìn)，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)難以做到精確、量化分析，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到理化監(jiān)測(cè)的規(guī)范性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在條件具備時(shí)，要統(tǒng)籌生物監(jiān)測(cè)和理化監(jiān)測(cè)方式，從不同側(cè)面、不同角度綜合分析，以做出更精準(zhǔn)的判定，進(jìn)而建立符合人體健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

四是隨著生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的普及，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)更加便捷有效，既能提高處理效率，又能完善數(shù)據(jù)鏈，形成系統(tǒng)的勾稽關(guān)系。但還有一定的不足，如應(yīng)用PCR 監(jiān)測(cè)時(shí)，一旦試劑被污染，或樣品采集不合理，就會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果南轅北轍，因此，需要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制，提高平行采樣能力[9]；有的地區(qū)對(duì)常規(guī)儀器設(shè)備投入較多，考慮到經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)高精密儀器投入較少，對(duì)一些試劑耗材應(yīng)用不夠全面，對(duì)專業(yè)監(jiān)測(cè)人員培訓(xùn)教育不足，都可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

4 結(jié)語(yǔ)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)作為水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的重要手段，與常規(guī)的理化監(jiān)測(cè)相比，其能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)生物種群的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水體污染情況的監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)理化監(jiān)測(cè)無(wú)法反應(yīng)污染物對(duì)水體生物的具體影響等不足，促使水體污染監(jiān)測(cè)更加全面、直觀、科學(xué)，使水體污染的影響一目了然。因此，應(yīng)對(duì)該類監(jiān)測(cè)技術(shù)予以深入研究，全面探索，積極改進(jìn)，廣泛應(yīng)用，以為區(qū)域水環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)以及相應(yīng)處治措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。