生物监测技术在水环境工程中的应用及研究

程信伟

摘要：随着人类工业化进程的加深，社会发展速度虽然在不断加快，但生态环境却遭到了严重的污染和破坏。人类对水环境的污染和破坏导致被污染水体中的生物数量锐减，不少生物因此濒临灭绝。污染严重的水体周边人的各类疾病发病率在不断上升。人越来越多的疑难杂症及生物多样性弱碱问题让人类意识到水环境保护的重要性。水环境监测技術是一种基于对水环境污染情况掌握下的针对性污染治理措施。通过对水环境的监测，我们可以了解到污染源和污染成分，再对症采取措施，从而提高水环境污染治理的效果。生物监测技术是监测生物效价和安全性的核心技术。研究生物监测技术在水环境工程中的应用对提高水环境工程监测的安全性有着重要的意义。

关键词：生物监测技术;水环境工程;应用;环境保护

在生态文明建设深化推进背景下，水环境管理要求增多，在原本水质达标的基础上，要求水环境保持生态健康。为实现该目标，环境监测人员应采取生物监测技术，实现水环境的生态管理。但和水质理化监测技术相比，生物监测技术仍存在一定不足，需明确其未来发展方向，大力推广核心技术。

1生物监测技术在水环境工程中的应用作用

生物监测技术可以综合性的监测水环境，监测过程可以体现动态化和实时性。将生物监测技术应用到水环境工程中，有助于提高水环境监测的效率，及时获取水环境中生物物质变化的进程，掌握系统、完整化的生物变化过程。基于对生物监测信息的分析，还可以有效预见水环境的变化，通过前期污染预测可能发生的水体污染问题，起到预报环境污染的作用。传统的物理监测法及化学监测法对水环境细微的变化监测效果不明显，而生物监测技术能够更加敏感地捕捉到水环境细微的变化，从污染前天起预测细小的污染经过长期的积累后演变的结果，起到预报污染变化的作用。对一些具有长期危害且其危害大、毒性范围小的水土污染，生物监测技术的成本低、效率高。在广泛的监测水环境污染问题时，有助于降低水环境监测成本的作用。

2生物监测技术在水环境工程中的应用要点

2.1细菌监测

英国的AMTOX检测仪和日本的固定化菌膜传感器，主要通过判定水中有毒物质对硝化细菌硝化作用强度的影响来监测水质。荷兰TOXcontrol系统、美国的Microtox系统和Deltatox系统、韩国多通道连续监测系统及我国的BHP9541检测仪等，主要选用体内含有荧光素、荧光酶的发光细菌，当发光细菌受到有毒物质影响时，其酶活性会下降，发光强度也会随之减弱，通过发光强度来监测水质。细菌监测方法对有机污染物和重金属的监测具有较高的灵敏度，技术成熟，结果可靠，已经被德国列入标准规范。但细菌监测方法普遍技术相对复杂，价格昂贵，替换成本较高。

2.2鱼类监测

鱼类作为水质监测最早使用的物种，因其对水质变化的敏感性及运动状态特征参数易提取等优势成为理论和应用最成熟的物种。当鱼体受到污染物的刺激后，其生态学行为会呈现典型的规律性，可通过其回避行为、正趋流性行为、聚集行为及腮呼频率、摆尾频率、撞壁频率，甚至死亡为终点进行判定。同时，由于生物的富集效应，也可辅助水质污染事件溯源追查。由于斑马鱼的基因与人类基因相似度达87%以上，特别是神经系统发达，拥有监测灵敏度高等优点，被称为水中小白鼠。目前，国内外学者选用斑马鱼、鲭鳉鱼作为监测鱼类开展的研究较多，应用产品也较多。比如，德国的Toxprotect系统、日本的Seiko系统、新加坡的FAMS系统及国内的BEWs系统、RTB系统等。鱼类监测方法灵敏度较高，对辅助监测设备要求不高，可靠性较好，但由于选用鱼种为热带鱼，且对水温有特殊敏感性，需对进水进行预处理，技术流程较为复杂，运行成本偏高，普适性和可操作性依然较低。

2.3生物传感器监测技术

生物传感器监测技术借助传感器自动捕捉和识别信号的功能，用以监测部分生物有机体做出的应急响应。生物有机体的应急响应能够反映水环境污染变化情况，可作为指示水环境污染的应急电信号。电信号是间接测量和评价水环境中污染物浓度的重要依据。监测到的电信号结合有机体DNA重组技术对生物做更加深入的研究，来帮助我们了解生物体携带的中毒素及其含量，获得更加全面、复杂的水环境污染指标。

例如，某市在饮用水环境监测中，应用毒性试验，设定不同浓度与剂量的重金属离子（铬离子、汞离子）、农药（敌敌畏）及有机物（三氯甲烷、二甲苯），将大型溞暴露于环境中，观察大型溞的运动异常反应。结合大型溞异常运动的时长，构建生物水质监测指示系统，对水源地、自来水厂等区域的水质进行毒性试验，及时发现水质毒性超标现象，保障饮用水安全。

2.4生物行为反应监测技术

生物行为反应监测技术用于监测微生物污染时发生的行为变化。部分微生物在受到敏感的污染条件时，会发生明显的生物变化、行为变化或压力性反应。这些指标能够较为准确的反映环境污染存在的问题。例如斑马鱼、金鱼等，对外部环境污染的变化感知及其敏感。斑马鱼、金鱼的生理变化、行为变化等，可以作为指示淡水水质的变化的指标，来评价监测区域水环境的污染问题。斑马鱼与人体具有很多相似的行为反应。监测斑马鱼的反应在指示水环境污染对人体的危害方面具有极高的应用价值。

2.5微生物群落监测技术

微生物群落监测技术用于监测水环境中的细菌、水藻及原生物等微生物。水环境中的各类微生物的数量、出现频率能够反映一个阶段内水环境的情况。微生物群落监测技术主要监测指标有微生物园中类型、多样性指数、异养指数、鞭毛百分率。采用聚氨酯塑料收集水样，结合数据计算方法计算微生物的分布指数，评价水环境污染程度。理论上，水环境污染情况是个动态化的过程。污染条件也在不断的发生变化。微生物监测技术对微生物评价指标应根据污染条件的变化不断扩展和扩充，以提高水环境污染评价的全面性。

3.结束语

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。

参考文献

[1]黄东龙.基于计算机视觉的水体突发性污染在线生物监测预警研究[D].华南理工大学，2011.

[2]王军.生物监测技术在水环境工程中的应用及研究[J].资源节约与环保，2020（01）：148.

[3]吴芳.生物监测技术在水环境工程中的应用及研究[J].居舍，2019（25）：164.