生物监测技术在工业废水监测领域的应用研究

胡文聪

（清远市清新区环境监测站，广东 清远 511500）

现阶段我国经济发展呈持续上升趋势，工业发展、人口等增幅较大，对于环境的破坏日益加重，因此，环境与发展之间的矛盾已成为目前急需解决的问题，可以通过采取科学、合理的监测方法，利用相关设备设施，对可能造成环境污染的物质进行全面分析。然而，随着环境污染的不断加重，对人体健康及生物种群的生存造成极大地影响[1]。如果只是借助物理方式进行环境监测，无法将污染物对生态系统的影响真实地反映出来。因此，将生物监测技术应用于环境监测领域，有利于更好地开展相关工作，并实现对环境污染物一系列危害的分析研究。

1 生物监测技术概述

在过去的环境监测领域中，通常采用化学方式对其进行分析研究，通过对不同种类污染物及其具体浓度进行一系列测定判断污染的实际状况。大多数化学检验已经达到不间断监测的预期效果，但是依然需要对相关数据及参数进行取样调查，在此过程中无法将环境变化真实、客观地表现出来。随着生物监测技术的应用，可以通过对其中生物群落变化特点的合理分析，并结合生物中污染物浓度的测定结果，真实地反应实验环境的变化情况，从而有效克服上述不足。生物监测技术的应用能够测定自然界中生态系统以及生物中的各项生理指标数据。通过这些监测结果以及测定的数据，能够将环境污染的实际情况在不同环境条件下真实地反应出来。通过生物监测技术与化学监测技术的对比可知，生物监测技术仍然处于发展阶段，尚未形成一套相对完善、标准的体系，但是，生物监测技术的应用前景十分广阔，其价值和作用相对明显[2]。

2 生物监测技术的特点

2.1 生物监测技术具有更高的灵敏性

在生物监测技术中，灵敏性是其十分显著的特征之一。通过对生物收集以及累积效应的应用，能够测定生物体内累积的有害物质，在对污染物进行长期监测的过程中，具有较好的适用性。比如在对水生生物进行监测的过程中，能够有效地监测出水体中的重金属含量，精准的测量数据能够帮助相关工作人员判断重金属的含量是否超标。

2.2 生物监测技术具有探知性

传统的物理监测方式及化学监测方式，无法有效测定未知指标，一旦出现不明污染物质，将很难被发现。但是，如果这些污染物进入人体内，将会发生一系列的特异性反应。而生物监测方法可以通过对这些具体反应进行一系列地分析，然后根据分析数据尽快找到不明污染源，有效防治污染。

2.3 生物监测技术具有直观性

生物监测技术能够直观地反映出污染物对于环境所造成的危害，可以利用生物种群有效地判断生态系统的实际状况。

2.4 生物监测技术具有连续性[3]

通过生物监测技术的应用，能够实现在不同环境条件下，对不同生物体在一定周期内产生的与环境相关的信息进行收集，并将污染的实际状况真实地反映出来的目的。结合整体情况进行分析，生物监测技术与传统的监测技术相比，某些步骤的优势明显，但是生物监测技术会受到地域环境的限制。目前，生物监测技术尚未形成一套完善、标准的检测体系，与传统的检测方法相比仍然存在一定的差距。

3 生物监测技术在工业废水监测领域的应用研究

现代生物监测技术以分子生物学为基础，然而随着DNA重组技术的提出，该项技术被广泛应用于环境监测领域。通常情况下，可以采用微生物群落测量法以及生物毒性测试法对工业废水进行监测[4]，再分别对这两种监测技术进行详细分析，分析受试生物及测定方法、标准等，最后通过灵敏性、可操作性以及经济性等指标对相关检测技术的性能展开对比分析。工业废水生物处理流程见图1。

图1 工业废水生物处理流程图

3.1 微生物群落监测法

与普通清洁水体的监测过程对比，浮游生物、着生生物以及底栖动物等常用的生物群落指标存在差异，工业废水通常根据微生物群落相关指标的变化进行监测。监测流程如下：①采取相应技术测定废水中微生物群落状况，主要包含群落成份以及分布情况。②通过生物群落在监测过程中丰度的变化规律，实现对污水处理后的工业废水变化趋势的监测，最终实现废水水质评价。本文主要研究聚氨酯泡沫塑料块法（基于传统培养）和微生物群落监测法（基于分子生物学）两种微生物群落监测法[5]。

3.1.1 聚氨酯泡沫塑料块法

21世纪，我国正式进入工业革命时期，在进行工业生产过程中，大量生活污水、工业废水通常没有经过专业化处理就直接排入河流，严重破坏了河道生态系统的平衡性。美国CAIRNS等相关人员于二十世纪六十年代中期首次采用聚氨酯泡沫塑料块法测定了微生物的群集速度，监测和评价了水体水质情况。通常情况下，选定聚氨酯泡沫块置于工业废水水体并设定时长，后期对聚氨酯泡沫块进行采样并完成镜检观察，并依据镜检结果测定样品中微生物群落状况，进而科学合理地判断出水体水质的实际污染程度[6]。聚氨酯泡沫塑料块法具有以下优势：①限制因素少，废水类型、监测时间及空间等因素基本不会影响测定效果。②操作流程相对简单，现阶段在工业及其他废水监测领域得到了广泛应用。

在二十世纪八十年代初期，我国开始通过聚氨酯泡沫塑料块法对监测的工业废水水质进行评价。八十年代中期，相关学者通过聚氨酯泡沫塑料块法对实验区域的废水进行微生物群落采样，对采样后的微生物种群进行实验分析，实现了农药废水水质的监测与评价，该实验过程有效证实了聚氨酯泡沫塑料块法的实际应用效果。通过对实验操作流程、成本等相关应用指标进行分析，可证实该监测方法具有应用流程相对简单，水域监测范围广等优势。除此之外，此项监测技术还可以用于监测其他污染源废水的生物累积效应，并通过累积效应实现水质监测和评估。例如在应用于造纸厂废水水质的监测过程中，通过监测数据的分析结果可以看出，与其他工业废水相比，造纸过程产生的废水中毒素效应和毒素浓度的变化更能够引发水生微生物群落反应，可以更精准地测定废水污染程度[7]。

3.1.2 微生物群落监测法

随着分子生物学技术的进步，污水中微生物群落的监测工作拥有了新的发展方向，可利用微生物基因水平实现群落丰度、种类等指标的测定。众所周知，受经济条件及科技水平的限制，以往大部分工业废水没有经过专业化处理便直接排放至自然水体中。然而随着我国经济水平的提高以及科学技术的发展，现阶段要求污水必须经过相应的处理设施进行处理，符合排放标准后才能排放到自然水体中，多数地区现已将污水排放纳入处理管网进行管理，要经过处理厂进行统一处理。以上处理措施在提升排放标准的同时，也能够降低污水中微生物群落的分布密度。因此，如果使用聚氨酯泡沫塑料块法监测，会出现收集时间较长、监测效果不理想等问题。因此，基于核酸杂交技术的微生物群落分析方法开始得到广泛应用。该方法基于碱基互补性匹配标准对生物群落的分布进行测试。产品中微生物的核苷酸产生杂合的杂化分子结构，可根据自显影等技术指标分析微生物群落的变化结果。该技术的广泛应用，可以帮助相关工作人员在短时间内检测污水中菌体的多样性、进化速度和其他指标，从而减少现场采样的时间，同时还可以大幅提高发现微生物的效率[8]。此外，核酸杂交技术可以有效降低聚合酶链反应全过程形成的偏差，而不需要对整个靶基因进行聚合酶链反应，未增加的遗传基因浓度值相对较低。此外，由于微生物亚群之间存在一定的差异，如果涉及探针的核苷酸编码序列与某些亚群的总体靶基因的多样性过低，可能会导致某些微生物群落检测结果不一致。

3.2 生物毒性测试法

虽然通过物理和化学检测方法，可以准确区分水污染物在环境中的分布水平，但因工业废水中存在的污染成分相对较为复杂，针对工业废水的水质监测，此类方法并不能高效测定所有污染物成分以及污染物对自然环境的危害程度。应用生物毒性试验方法，能够区分水环境污染程度与生物效益之间的关系，因而可以有效测定工业废水中各种污染物的组成。目前在工业废水生物毒性分析方法中，普遍使用发光细菌亚急性毒性试验法、鱼类毒性试验法、藻类及蚤类毒性试验法等[9]，详见表1。

表1 不同受试生物标准毒性测试方法

3.2.1 发光细菌毒性测试法

在对工业废水进行监测的过程中，发光细菌能够通过细菌发光程度评估废水毒性，对有毒物质反应的灵敏度相对较高，并能够将检测结果与实验室检验理化分析进行关联。现阶段主要以细菌发光强度与水体毒性之间的关联进行工业废水监测，并出现了较为成功的应用案例。据相关数据分析得知，此项技术具有受测试生物反应灵敏、仪器设备自动化操作程度较高等优势，被广泛应用于重污染行业废水毒性的常规监测以及突发性事件安全应急监测等，但是，这种方法存在缺乏统一的毒性等级划分标准、发光菌菌种成本较高以及表征指标过于单一等不足[10]。

3.2.2 鱼类毒性测试法

鱼类相对于水体中其他生物群落，其级别相对更高。现阶段在工业废水毒性测定工作中，常使用鱼类作为测试用生物，相关废水毒性测定效果较为稳定，已经在工业废水监测领域得到普及。该技术主要通过鱼类行为、外形变化鉴定水质的污染程度，并可通过部分鱼种确定工业废水毒性对人类的危害。此类技术在工业废水监测领域中的实际应用受到一定的限制[11]，主要体现在以下两方面：①国内相关废水检测指标中未将鱼类毒性列为规定指标。②检测水质的鱼类种类受限制，部分鱼种无法有效测定特定污染物的毒性。

3.2.3 蚤类及藻类毒性测试法

水体中，蚤类、藻类群落繁殖能力较强，在繁殖环境受污染物影响时，其生长、繁殖等方面的能力将发生大幅度波动，可利用其生长率、繁殖率等指标测定水体毒性。部分行业产生的废水，能够对蚤类及藻类产生生长抑制效果，并产生相应的毒性效应，不同行业抑制效果差异性明显，通过蚤类及藻类变化趋势，能够真实、客观地测定废水毒性。在利用蚤类及藻类测定工业废水的过程中，同样存在经济成本较高、培养时间长且可操作性复杂等不足，各种生物监测技术指标对比见表2。

表2 生物监测技术对比

4 生物监测技术在工业废水监测领域的应用现状及相关对策

工业废水中污染物的排放量较大，且种类较为复杂，将生物监测技术应用于工业废水监测领域，能够实现连续监测污染物对环境的影响，同时，能够分析工业排放废水的水质状况，然而，现阶段在监测过程中仍然存在以下问题：①现代分子生物技术具有较高的灵敏度以及较好的特异性，能够有效提升生物处理效率，缩短研究周期，提高数据的丰度，但是仍然存在诸多不足。例如，在聚氨酯泡沫塑料块法的操作过程中，由于样品以及实验试剂容易受到污染，致使检测结果出现误差，因此，必须严格做好实验室的质控工作，降低这类错误的出现。除相关仪器设备以外，分子生物实验室的专业设备设施及相关实验试剂的成本价格过于高昂，同时对相关实验人员的专业技能水平具有较为严格的要求。②生物群落鉴定技术在某些应用环境中受限，致使大多数生物监测技术不能做到精准化的定量分析。同时，与理化监测进行对比得知，现阶段的相关废水生物监测缺乏统一规范和监管、评价体系，需要继续开展对生物监测与理化监测的相关研究，全面对废水进行系统化、综合化的污染物监测。

随着生物学技术的迅速发展，相关科研人员可以进行更深入的研究试验，不断完善和优化生物监测技术。在实际监测过程中，还应与其他监测技术结合使用，为工业废水监测领域应用生物监测技术提供技术支持。

5 结语

随着我国社会和经济的迅速发展，对企业产生的工业废水中相关污染物的含量进行检测非常重要。工业废水监测承担着一定的经济发展责任以及社会责任，所以必须要不断提高工业废水的监测质量及效率，使污水处理厂的经营管理严格按照相关标准及制度进行，确保我国水资源能够实现可持续发展。作为一种综合性监测技术，生物监测技术应用于工业废水监测领域中，能够从宏观、微观两个角度全面监测并评价水环境的污染状况，进而客观、真实地评价水环境质量产生的生物健康效应，为人们的生命健康提供有力保障。