水环境治理中生物监测方法运用研究

山东省济宁生态环境监测中心 李丹，陈效周

传统的水质环境监测方式主要分为物理方式和化学方式,由于现阶段传统的监测方法已无法适应实际需要,因此就需要对成本低、效率高、精确度高的水质监测方法展开研究。生物监测方法主要是利用生物个体、群落或种群之间对自然环境的改变所产生的一系列反应,以及利用生物个体对自然环境的影响,对水环境的污染程度进行分析和评估[1]。生物监测方法初创于20世纪初期,现阶段的发展已经相当完善,并且已取得了一定的使用效益,应用范围也在逐渐拓宽。现阶段,生物监测方法已经成为环境监测的主要方法。中国生物监测方法的科研人员需要进一步对生物监测方法展开深入研究。

一、水环境生物监测方法分析

（一）生物监测方法

生物科学方法具备比较明显的综合性特征，并且所涉及的领域相对广泛，其中水环境生物监测方法在水环境污染治理中发挥着十分关键的作用，科学应用此种监测方法开展区域内生态环境水污染监测工作,既可通过对环境水质中的生物群系以及个体数量等进行长期监测与数据分析,据此对环境污染程度作出有效评估,同时还可利用待测水源开展各种水生生物培养试验,通过对影响因素进行长时间观测和数据分析,全面掌握和了解有关水源的环境水质状况[2]。另外,利用生物监测方法对地表水污染物进行实时检测时,还能够利用慢性毒物测试对一些导致畸形甚至致癌的毒物及其他有关毒害因子进行分类,以对地表水污染物状况作出有效评估,为地表水污染物防控工作和环境保护管理工作提供一定的依据支撑。

（二）水环境监测中生物监测方法的特点

在水环境监测过程中,物理检测以及化学检测都有着方便简易以及检测速度快的优点,但是从水体环境质量整体监测以及评估的视角来看,物理监测以及化学监测的局限性也相对较强,无法有效、全面地体现出水污染物的综合性以及其对生物环境造成的危害。生物监测方法则具备综合性较高、灵敏度和直观性较强的优点,和传统的物理监测方法、化学监测方式比较,生物监测方法主要具有以下几个特点：

（1）特定区域内生活的生物能够强将污染状况综合性地反映出来，传统的物理监测以及化学监测所取得的监测结果只能代表取样期间的水质情况，生物监测方法则具有长期性及连续性的特点[3-4]。（2）一些生物对水环境变化情况的敏感程度相对较高，能够对某些精密设备难以监测的微量污染物产生反应，同时还会表现出对应的受损情况，其效果更加可靠直观，同时具有灵敏性高的特点。（3）由于一种生物会对不同的污染物产生不同的情况，因此生物监测方法具有多样性，其监测功能更加多样。（4）物理监测方法以及化学监测方法只能监测某个特定条件下水环境中污染物的含量以及种类，但生物监测方法能够反映出多种污染物在自然条件下对生态环境造成的综合影响，其能够更加全面、客观地对水质进行监测以及评价。（5）物理监测和化学监测只能从所暴露的水平反映污染物的实际情况，但生物监测方法能够直观地反映出污染物对生物所造成的影响，利用一些常见的生物能够对生态系统的实际情况进行分析，进而有效增强监测的直观性。例如，湖泊水体富氧化以及树叶出现斑点等都能直观有效地反映出环境实际情况。

（三）生物监测方法在水环境治理方面的积极作用

在水环境治理中运用生物监测方法有着重要的意义和优越性,可以为水环境治理提供可信依据。首先,水生物监测方法的使用可以较为全面、客观、动态地开展高效监测,以确保监测成果的真实性和有效性。与传统的监测方法比较,水生物监测方法在迅速反应水体环境变动状况、体现不同生态间的综合效应、有效预测环境污染、大范围监测、低廉成本等方面都具有明显优势,这也导致其在实际运用中比传统监测方法更具有竞争力,因此得到了广泛应用。其次,由于生物监测方法是直接针对生物群落进行监测,因此可以为水环境治理方法的制定提供有效基础。水环境治理不仅要清除污染源、改变生存环境,还必须强化对整个生态系统管理的维护,并重点强化对各种水生物的保护。合理应用生物监测方法,能够直接反映水中生物群落的实际状况,从而使水环境治理可以更有效地实现对水生物的保护,避免各种不良因素对水生物繁殖与生长发育造成影响,进而加强了对生态的保护。

二、水环境监测中生物监测方法的运用

（一）利用发光细菌法进行水环境监测

在水环境监测中,发光细菌监测方法是一个相当成熟的监测方法,其适应性相对较好。现阶段,发光细菌监测方法主要使用紫外光方法以及荧光方法,能够使监测结果的准确率更高。发光性细菌监测方法主要用于日常生活用水监测,保证了日常生活用水不会出现质量问题[5]。利用发光细菌方法开展水环境监测工作时,其对有害化学物质的灵敏度相对较高,同时监测速度相对较快。现阶段的检测流程中,主要对空气污染物的基因毒性进行检测,以及对生物细胞的发光特性进行检测,一般在三小时内就能得到比较准确可靠的检测结果。

（二）利用生物行为反应监测法进行水环境监测

在水体生态中,当某些生物遭受污染物影响时,就会发生一定的变化,,通过生物的反应就能够对污染物的实际状态作出合理的评估,从而对水污染状况作出评估,分析污染物的实际情况和其在水体中的含量。因此在淡水环境监测中,鱼类成为污染监测对象,对鱼类实施监测能够实现水体环境的评估目的。据有关科学研究证实,由于斑马鱼的基因组和人类基因相似,所以通过斑马鱼的反应能够对水质结果进行评估,从而推断出水体对人类健康产生的负面影响[6]。假使斑马鱼体内的毒性浓度相对较高,表示该地区的水源不适合人类使用。一些重金属污染物也可以通过该方法进行监测,例如，二价铅氢离子、二价铜离子等,这些重金属在斑马鱼体内会发生不同的反应,可以依据斑马鱼的反应状况对污染物作出评估。斑马鱼体内的过氧化氢酶活力和重金属根离子间也会发生副剂量效应关系,从而使水体环境中的重金属污染状况表现出来。

（三）利用微生物群落法进行水环境监测

微生物群落方法一般是对一些植物真菌以及藻类等微生物进行监测。

通过数理统计,对水体环境中生物所发生的变化情况进行监测,并对每次监测结果进行统计分析,同时对相关的生物数据加以处理,从而正确掌握水体环境中各类植物真菌以及藻类的分布情况,以及对水体环境的危害程度等作出评估,实现对水体环境品质进行评估的目的。一些研究机构利用微生物群落方法对化工工业废水进行研究之后,也可通过所收集的生物数据对水体环境进行分类,通过逐渐下降的集群水平就能够对水体污染物的影响程度作出判断。

（四）利用生物监测法进行水环境监测

生物监测就是对生物受到污染后所作出的反应进行判断,进而对污染物的种类以及含量进行分析,由此判断水环境的污染程度。水污染生物实验实际上是对水资源进行毒性试验,如在开展急性毒性试验时,就可以在24小时内对大量或反复暴露的化学物质进行检测,并对其所包含的有毒化合物性质和危险化学物质的含量作出正确评估,而且还可以在短期内得到一定的数据,为其他有毒物质的监测提供一定的参考[7]。实验生物长期暴露于不同含量的试验物中会产生不同的化学反应,比如实验，生物长期处在高毒性试验物中就会发生活力下降等现象,从而能够通过实验生物的变异情况制定污染浓度曲线,对水环境污染的危害性作出正确判断。

三、水环境治理策略分析

在环保主义和可持续发展理念盛行的今天,环境治理显得十分重要,因为只有做好环保与社会生态建设工作,方可兼顾社会经济效益和生态效益,形成更加和谐的自然环境,从而为人与自然良性发展提供根本性保障。自然环境综合治理涉及大气环境保护、水环境保护、土地环境保护等多项内容,水资源环境治理也是当下中国生态环境保护事业建设发展的重心所在。水是人类生命的源头,当水环境遭到污染和破坏时,人类社会的健康发展也必将遭受重创,因此国家需要进一步加强对水环境治理工作的重视。

（一）水污染监测指标

（1）单一污染物浓度控制。当前水污染环境监测的重点是对工业污水排放的特征环境污染产物进行监测,如挥发酚、氰化物、氟化物、硫化物、油类、COD、氨氮废物、Cr6+、Cd、Hg等,工业水污染物排放标准中规定了各种危害的具体环境标准和排放规范[8]，运用理化方法能迅速而精确地计算出环境污染物样本中主要污染的类型和含量,以便确定环境污染物能否满足环境污染标准。

（2）污染物排放总量控制。随着经济的快速发展和群众生活水平的不断改善,水资源的供需矛盾和水体污染已成为影响城市建设的主要原因。采用单纯的污染浓度管理、污染源检测与监督已无法应对这些挑战,实行污染排放总量管理和排污许可制度是控制水环境污染的必然趋势。所谓总量管理,就是在某个区域对重点污染源和主要污染物实行数量管理。因为污染源监督检测需要很精确地测定污染的总排放量,除了有精确的含量外,还需要有精确的流速。总量监控的主要指标是废水的日排放量[9]。目前,由于在我国还没有推广城市污水自动采样仪,要得出精确的结论并不是完全依靠物料衡算,也没有办法将取样监测和现场测流分离,因此需要双管齐下、同步进行。

（二）水环境治理方法

1.氨氮去除方法

氨氮去除方法主要有以下几种：（1）预曝气生物接触氧化。国内外大量研究表明，此种水处理方法可以有效去除水体中70%-80%的氨氮含量。水体中的铵和氨是不相同的，铵是离子，在水中具有比较好的溶解性，很难进行吸附，而氨是游离态，通过曝气可以让其挥发到空气中。（2）折点加氯预氧化。这种处理方法不仅可以将水中的氨气去除，而且在处理过程中还能生成氯胺，使消毒作用时间得以延长。在水中投入氯气，产生的次氯酸可以与氨气发生化学反应，如果水体中的氨气浓度较高，可以加大氯气的投入量，产生的氮气就可以通过曝气从水中去除。（3）通过生化反应排除。对地表水进行生化处理，由于有机物浓度较低，可以在水处理工艺流程的过滤和沉淀环节之间加上曝气生物滤池，这种滤池以活性炭为载体，通过各个水处理单元实现脱氮处理。

2.强化混凝

水处理的关键环节是微污染水源水质的混凝，由于胶体可以对部分污染物起到保护作用，很难使其脱稳。另外，需要对混凝的凝聚和絮凝在胶体反应动力学方面的不同概念进行区分，凝聚是通过药剂水解化学反应实现胶体脱稳，对胶体的双电层进行压缩，有效摆脱了水化膜的排斥力[10]。絮凝是脱稳的胶体颗粒，通过水流的速度梯度搅动，发生接触，然后慢慢吸附变为肉眼可见的絮状体。因为凝聚和絮凝的机理存在差异，所以采取的处理方法也不同。

凝聚的措施：（1）预氧化包括加氯脱氮，让助凝强化从而实现胶体脱稳。（2）对进水的pH值进行调节，如果原水中的碱度比较低，或者因为预氧化原因使得离子浓度加大，就需要在其中加入石灰来提升pH值，但不可过度矫正，如果pH值过高，原水中的腐殖酸盐就会形成真溶液，从而导致色度增加。（3）加强曝气，将混凝剂加入原水中后，需要及时散出产生的二氧化碳，让混凝剂完全水解，散出游离的氨气。可以采取多级跌水曝气的形式，也可以直接使用空气，注意要确保空气量是处理水量的10%左右。絮凝的措施：（1）需要保证GT变化曲线的合理性，对当地水源进行试验。（2）应对原水浊度进行满足，尤其是处理温度较低和浊度较低的水质时，应将CTC的设计理念充分体现出来。填料接触絮凝以及折板反应形式，微絮凝体被大量吸附，能够克服低温低浊度水处理的难题。

四、结语

综上所述,生物科学方法是一个综合性相对较强的专业,并且所涉及的领域较为广泛。包括生命科学、计算机方法和统计学等。现阶段的环境监测中使用生物方法手段时间相对较短,仍处于初期发展阶段，通过对当前阶段生物监测方法的实际应用情况进行分析,可以发现生物方法手段可以对水环境的品质进行科学高效的监控,并且得到的数据信息比使用传统的监测方式所得到的数据信息更为精确,能够有效提升水污染处理效率,并对水环境治理起到积极的促进作用。随着生物方法的不断发展,在水环境监测中的应用前景必然会更加广阔,同时对水环境监测的效率也会越来越高。