生物监测技术在工业废水监测领域的应用研究

钱磊

【摘要】目前，我国的现代化建设的发展迅速，生物监测可以系统反映污染物对生物生长的影响及其在生物体内的转化和迁移，在水环境监测与生态健康管理中的重要性日益突出。伴随着工业化的快速发展，中国水环境污染问题依然严峻，工业废水治理和排放问题仍旧突出。为进一步保障工业废水出水及受纳水体水质安全，迫切需要在工业废水监测中引入生物监测技术。对传统微生物群落监测法、水生生物毒性监测法和基于分子生物学技术的微生群落监测法等在工业废水监测领域的研究及应用进行了综述，并对存在的问题进行了总结。建议后续进一步完善工业废水生物监测体系时，参考国外成熟经验，制定出符合国内需求及特征的工业废水生物监测方法与评价标准，以便更好地掌握工业区整体环境健康及污染状况。

【关键词】生物监测技术;工业废水监测领域;应用研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

自然界的水环境是通过各种形式的循环实现跨空间的各类水形态的转化。水环境与人的生活息息相关，能直接或间接地影响人类的生活。水生态环境的污染和破坏导致生物多样性减少，影响人和其他生物的健康。利用生物监测技术对水环境加强监测，通过监测结果了解和掌握更多的水环境现状，从而实施针对性的水环境污染治理。本文介绍了生物监测技术的原理及其在水环境中应用的作用，探讨了水环境工程的中的监测内容，根据监测内容分析生物监测技术在水环境工程中的应用。旨在为水环境保护与污染控制工程的系统化建设提供一些参考。

1、生物监测技术的原理

生物监测技术是利用个体对环境变化的影响来监测和评估环境的污染情况。生物监测技术在水环境工程中的应用是利用各类水生生物对环境变化的影响来监测和评估环境污染情况。它利用了毒性学方法和生态学方法的原理来实现对水生生物的监测。生物监测技术相对于传统的物理监测与化学监测方法而言，具有较高的安全性和实用性优势。理论上，它是对传统的物理监测法与化学监测法的延伸和补充。主要用于花境监测与评价。毒理学原理在测定有毒物质在环境中的毒性作用方面有着明显的应用优势。生物监测技术可以分析水环境中污染物的综合毒性，反应更加全面是水環境污染问题。动态化的监测过程能够反应水环境长期污染情况，提供更加精准、真实的监测数据及环境污染的信息依据。它在综合环境评价中能够客观真实的反映水环境中存在的各方面的污染问题，可用于预测和治理水环境污染的客观理论依据。根据当前生物监测技术在我国水环境工程中国的应用情况来看，生物监测技术对当前生态系统中对未被污染的区域的危害能够起到一定的预测作用，预防水生态环境遭到污染和破坏。由此可见，生物监测技术在水环境工程中的应用对维持长期有效的环境保护意义深远。

2、优化措施分析

2.1鱼类毒性测试法

与低等实验生物相比，鱼类是水体中群落级别较高的动物，使用鱼类作为受试生物的废水毒性测定方法已相对成熟，目前已被广泛应用于行业废水毒性测试与评价。在ISO、OECD和欧盟等组织的相关标准中，主要通过观察成鱼和仔鱼外观和行为的改变，或通过获取LC50来判断成鱼的毒性效应，从而确定受试水体的污染程度。作为标准毒性测试生物，斑马鱼与人类的基因相似度接近90%，由斑马鱼毒性测试结果可以间接推导出污染物对人类潜在的致毒机制。以斑马鱼的LC50作为评价指标，对不同企业排放的工业废水进行了急性毒性试验，发现不同行业废水的浓度变化与毒性效应均成正相关，其中电子行业废水毒性最大。采用斑马鱼幼鱼和胚胎对制革废水进行了毒性评价，发现斑马鱼胚胎对制革废水的敏感性明显高于幼鱼。

2.2生物监测技术

生物监测技术是利用生物体对污染物或环境变化所产生的敏感性来判断水体环境的污染程度，与理化监测共同构成水环境监测的基本内容。随着水环境保护工作的深入推进，常规的理化监测技术已无法全面、客观地说明水环境质量状况，由水环境质量变化引起的生物学变化过程则能直接反映出水环境质量对生态系统的影响。生物监测技术主要有以下几方面特点：可在一定区域内反映水体长期受污染状况;某些生物对特定污染物或微量污染物具有高度敏感性，克服了部分仪器检测受限的问题;在生态系统中，通过食物链可将微量污染物质进行富集，当达到食物链末端时，污染物浓度可提高至数万倍;同一生物针对不同污染物类型具有不同的症状反应。生物监测技术应与传统监测技术相互配合，共同为水环境管理持续助力，但生物监测耗时长、不同地域生物存在差异性、指示生物对毒物耐受性研究不深入等都说明生物监测技术仍具有广阔的发展空间。

2.3基于分子生物学技术的微生物群落监测法

过去，工业废水大多未经处理直接排放至自然水体，而如今大部分污水均通过污水处理厂或纳入污水处理管网处理后达标排放，导致排水中微生物群落的数量及种类较过去大幅下降，因此，如仍采取传统PFU法进行微生物群落监测，存在富集时间长、时效性差等问题。不断发展的分子生物学技术为微生物群落监测提供了新方向，该技术可以同时从物种和基因水平评估微生物群落的丰度和多样性等特征。基于核酸杂交的微生物群落分析方法是在一定条件下以被标记的特异性单链核苷酸片段为探针，根据碱基互补配对原则，与目标样品中微生物的核苷酸形成杂交分子，从而通过自显影或者发光技术对微生物群落结构进行分析。利用该技术可以在短时间内对废水中的菌种丰度、多样性和一些重要致病菌进行检测，提高了微生物检测的时效性。核酸杂交技术无需对目标基因进行聚合酶链式反应（PCR），可以减少PCR过程中产生的误差，但未经扩增的基因浓度较低，也会给检测带来困难。同时，由于微生物存在亚群类的差异，如果设计的探针核苷酸序列与某些亚群目标基因的互补性较差，会造成某些微生物群落检测结果的假阴性。PCR技术则是通过选取目标微生物的特异性基因进行体外脱氧核糖核酸（DNA）合成反应，然后对扩增后的产物进行分析，从而确定环境基质中微生物的种类与含量。相比传统的微生物监测方法，PCR技术特异性好、灵敏度高，且具有较高的可重复性。就工业废水而言，利用PCR技术可以对样品中的微生物群落结构进行更详尽的深度分析。通过采用16SrRNA特异性片段进行PCR扩增，可以对废水中的微生物进行精准鉴定和定量分析。基于16SrDNA的PCR-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术则是利用不同序列组成的DNA在变性梯度电泳胶上变性后跑胶速度的不同，来区分、鉴别不同的DNA片段。提取样本中微生物的DNA后，通过对特征序列进行PCR扩增，再利用DGGE方法分离扩增后的PCR产物，可以客观、完整地判断废水中微生物群落的组成及功能。采用PCR-DGGE技术分析石化、冶金和制药废水处理系统中的微生物结构，发现不同废水中的微生物群落多样性和结构差异很大，研究结果对于优化不同类型工业废水处理系统中活性污泥的微生物工艺具有重要意义。

结语：

水资源作为所有生物赖以生存的生命源泉，对于人类社会及其文明的可持续发展意义重大。为了人类文明的可持续发展，人类必须加强水环境保护及污染控制，构建和维护长期的水生态平衡状态。生物监测技术是监测水环境生物安全性必不可少的技术。微生物群落监测技术、生物行为反应监测技术、发光细菌监测技术、底栖和两栖监测技术、生物传感器监测技术能够为水环境工程中水体的微生物、生物行为、细菌、两栖生物、底栖生物的生物动态监测提供技术支撑，同时监测水体中的非金属无机物及其他污染物，了解生物生存状态及其安全性，为水环境生物保护及污染治理提供依据。鉴于其在水环境工程监测中的重要性，建议加大对生物监测技术在水环境工程中应用的研究和推广。

参考文献：

[1]何志峰.水质自动监测系统在水环境中的技术应用[J].节能，2019，38（07）：80-81.