生物监测技术在水环境工程的应用

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摘要：我国水环境污染问题比较严峻，面对这一形势，相关人员将生物监测技术应用在水环境工程中，其表现出良好的效果。本文对生物监测技术进行简要概述，详细分析了生物监测技术在微生物群落监测、发光细菌监测、生物行为反应监测和底栖动物监测等方面的应用，以供参考。

关键词：生物监测；水环境工程；微生物

我国工业制造企业越来越多，一些工厂在生产过程中不注重废料排放问题，将未处理或处理不达标的废水直接排放到水环境中，致使水体中污染物数量和种类越来越多，不仅破坏了水体和自然环境，而且危及人们用水安全。为了解决这一问题，相关专家利用生物监测技术监测水环境中的污染物，根据污染物种类选择针对性的解决措施。

1生物监测技术概述

1.1生物监测技术的原理

生物监测技术主要通过观察生物种类、状态和行为，监测生物对环境的变化，以此实现环境污染的监测和评定。目前来看，常规的生态监测技术有生态学法和毒理学法，两者监测方式各不相同，但是监测效果都很好，监测结果也比较准确，是当下最受相关专家和学者青睐的监测方法，在我国水环境工程中有着广泛的应用。毒理学法的原理是通过监测生物的含毒量调查环境中的毒性指数，此种方法涉及有毒物质，所以对监测生物和监测人员存在安全威胁。生物监测技术对比于毒理学法更加安全和实用，监测人员只需要监测生物特征情况就能调查出所测环境的具体污染情况，这种方法的监测结果比较准确，可以真实反映环境污染程度[1]。

1.2生物监测技术的优点

当前，人们的环境保护意识越来越高，国家对环境保护提出了更高的要求，近几年针对水污染物问题也应用了很多监测方法，其中应用最多的技术便是生物监测技术。生物监测技术对比于传统的理化监测技术有着更大的优势，可以综合调查生物特征，以此查明环境污染程度。一般来讲，水环境污染的过程比较缓慢，由于水体的自我调节能力较强，所以短时间的污染不会使水环境发生明显变化，而生物监测方法可以监测出水环境的细微变化，监测结果也比较准确，当水环境受到污染时，人们利用此法可以在第一时间监测到污染情况，以此制定出有效解决措施。生物监测技术不仅监测结果准确，而且监测费用较低，在监测过程中所需的设备也比较少，它是当下最受人们关注的环境监测技术之一。

2生物监测技术存在的问题

2.1监测标准不统一

生物监测技术可以有效观测水环境情况和污染程度，但是这种方法有着一定的弊端，不同水环境生物种类不同，导致此项技术显示出局限性，各地生物监测标准不统一，使其无法实现全覆盖。面对这种情况，当下没有针对性的解决措施，致使生物监测技术无法进一步的发展，监测人员只能将其作为理论性监测方法来使用。一些较大水域的水体污染情况比较复杂，生物监测技术受到极大的限制，监测效果和质量都很差。一些发达国家对生物监测技术的研究较为深入，并且已经建立相关监测模型，以此提高监测质量。而我国部分地区受到资源限制，无法实现模型建立和评价。业内人士指出，为了发挥出评定模型的作用，需要建立相关监测标准，但由于各地水体情况不同，无法设定统一的监测标准。

2.2监测环境复杂

不同区域生物种类有所不同，同类生物对不同区域或相同区域的环境污染反应也不同，同时一些特殊地区的环境影响生物的生长和生活习惯。除此之外，在生物监测过程中需要观察生物的特征，为了确保监测的准确性，要结合环境的实际情况，考察水域特征和水环境中生物种类和数量，还要取样监测样本。生物监测技术受监测环境的影响，水环境的生物多样性使水环境监测工作难以开展。

2.3监测结果不直接

由于生物监测技术在水环境工程的应用时间比较短，一些人员对其认识比较浅，将生物监测技术的结果只作为参考。生物监测的目的是通过监测环境中生物特征，分析出环境中存在的问题，所以生物监测技术的监测结果是生物种类和数量等信息，无法直接体现环境污染程度。部分监测人员轻视监测过程中应尽的责任，过于重视监测结果。生物监测是一项漫长的过程，需要监测人员利用大量时间观察生物特征，以此推断水环境污染情况，不能只根据结果进行确认。为了提高监测质量，相关监测人员要具备较高的素质和技术，可以通过生物特征的细微变化，分析出环境问题。水环境生物监测技术是一项综合性项目，需要配合其他技术一同使用，才能充分发挥技术优势。在监测过程中，相关监测人员需要注意，一些水体污染物对水环境有潜在的危害，而在短时间内无法观察出污染变化，为了有效解决这一问题，需要研究实际水环境和水体中生物的关系，通过监测污染物的毒性结果，开展进一步研究。

3生物监测技术在水环境工程中的应用

3.1微生物群落监测

微生物群落监测是生物监测技术在水环境工程中的主要应用之一，应用时间相对较早。水中微生物包含细菌、真菌、藻类和原生动物等，监测人员监测它们在水环境中的物种频率和相对数量，通过相关数学公式计算出评价水污染程度的分布指数。最早将生物监测技术应用于微生物群落监测的实例是以聚氨酯塑料块为基质，统计分析微生物群落参数，以此评价水质污染情况。后来，我国一些专家以这一案例为基础修正和改进了微生物群落监测法，并提出了与化学参数相关的原生动物种类、植鞭毛虫含量、多样性指数和异养性指数等四个生物学参数，以此研究出适用于我国水环境的生物监测技术，并建立了相关生物监测标准。后来，又有一些学者将微生物监测过程中使用的设备进行改进，把聚氨酯泡沫塑料块装入瓶子中，减小海洋潮汐流和环流对生物监测结果的影响[2]。近几年，我国相关部门为了提高化工厂废料的监测质量，将微生物群落监测法应用到化工厂废水的静态毒性监测中。研究发现，原生动物群落对废水浓度变化极为敏感，浓度增加速度越快，毒性反应时间越长，环境中物种的多样性下降就越快，物种聚集的速度也会越慢。随着微生物群落监测法研究的深入，人们逐渐将数学分析引入生物监测技术中。数学和计算机等知识有助于提高探索生物群落参数变化规律的速度，使监测结果更为准确。

3.2发光细菌监测

我国对发光细菌监测的研究较为深入，这种生物监测方法在水环境监测中的应用相对成熟。发光细菌监测方法简单，灵敏度高，应用范围广，所以深受国内外专家青睐。发光细菌监测法可以监测出水环境中绝大多数的有毒物质，并且具备标准认证。我国一些专家根据费氏弧菌细胞的发光特性，设计了一种水质毒性监测仪，将其用于监测水环境中的综合毒素水平。后来又有一些学者将遗传改造的发光细菌作为指示物种，开发出一种新型污染物监测方法，此法可以将监测时间控制在3h以内。据了解，Beckman公司根据这一原理，设计了一种生物毒性监测仪，将其应用在自来水厂中，已经实现了对自来水源水和出厂水的水质毒性监测。利用发光细菌法可以有效监测出水环境中的有机物、重金属等毒性物质，有着广泛的应用前景，但是，该方法较为烦琐，导致监测误差过大。为了解决这一问题，可以借助电子技术，利用荧光光度法、紫外分光光度法和基因操作技术等方法，增强发光细菌法的应用效果。发光细菌法近几年在我国饮水质量监测中有着广泛的应用，例如，2010年上海世博会饮水监测就应用了这一技术，相关专家利用青海弧菌Q67菌株的生物学特性保证了监测结果的灵敏性和准确性。这种监测方法比较简单，监测人员只需要将微量青海弧菌液体放入被测水样中，利用便携式监测仪读取相关数据，以此快速测出饮用水的质量，监测时间一般在0.5h之内。发光细菌监测法在世博会饮用水安全监测中发挥积极作用，早在上海苏州河治理、汶川大地震后灾区水质安全快速监测中都得到应用和科学验证。

3.3生物行为反应监测

生物在水环境中受到污染物危害时会做出趋利避害的反应，人们利用这一特性来评价水体污染情况，根据污染物的浓度，做出有效预警和控制措施。常见生物行为反应监测的对象有鱼类、双壳软体动物和水蚤等，其中鱼类行为反应监测的应用最为广泛。斑马鱼是一种热带淡水鱼，它对水质极为敏感，如果所处的水环境受到污染，会在第一时间做出相应的反应行为，监测效果比较明显。由于斑马鱼的基因和人类基因类似，所以斑马鱼对水质污染的反应结果适用于人类。我国一些专家采用半静态法，以斑马鱼为样本，监测重金属物质水生物的毒性作用，试验发现，不同类型的重金属离子对斑马鱼有着不同的毒性反应，斑马鱼体内存在过氧化氢酶，在遇到重金属离子时会发生反应，所以人们可以将其利用到水环境的重金属监测中。鱼类一般用于淡水环境监测，为了实现海洋环境的监测，可以将双壳类生物活体投入到生物监测中。双壳贝类的张合频率与水体污染状况有关，通过电磁转换系统可以监测蚌壳张合情况，以此实现水环境污染的在线监测和早期预警。除了鱼类和双壳贝类，水蚤也是常见的生物监测知识生物，利用水质预警监测系统，观察水蚤的位移能力，从而判断水蚤的生命活动，分析水质污染情况[3]。我国在水污染治理方面投入了大量的资金，但水安全形势依然严峻，重大水污染事件频发，近几年多个重大水污染事故暴露出水环境监测方面的不足。为了提高生物监测的质量，在各流域已有的生物监测科研成果基础上，我国启动分区域水质生物监测标准和方法的研究制定工作，不断完善仪器设施，加强人才队伍建设，不断提高水生态监测能力。同时，加强在线生物监测技术研究，推广成熟方法，以此有效解决水污染突发事件的预警问题。

3.4底栖动物和两栖动物监测

底栖动物和两栖动物也是常见的生物监测指示动物，通过观察它们在水体中出现和消失的数量，人们可以实现水质监测。发达国家已将BI（BioticIndex）指数等列为重要的水质生物评价指数，我国相关学者对底栖动物监测在水环境污染监测中的应用展开研究，发现提高数据采集频率可以增强监测指数的可靠性和合理性[4]。无论是哪种生物监测手段，都要尽可能减少人为因素对环境的破坏。全国各地的环境监测站都在应用生物监测技术，例如，2018年3月，济南市环境监测中心站开展了济南市水环境生物监测项目，开展采样和现场监测工作，监测地点包括大明湖历下亭、汇波桥、还乡店、大码头等点位和断面，还包括卧虎山等水库。调查监测工作主要包括现场采样、实验室分析鉴定、后期数据分析及评价三项内容。水环境生物监测指标包括浮游植物、浮游动物、底栖动物、叶绿素a和微生物。水环境生物监测工作准确反映了部分重点流域和湖泊的治理和保护成效以及人民群众对水体环境质量的真实感受。全国各地的环境监测中心站将需要进一步开展生物监测工作，为政府管理部门掌握城市生态环境质量，创建生态文明城市提供技术支撑。

4结论

生物监测技术在水环境污染监测中有着极大的应用价值和研究价值，本文分析了一系列生物监测技术在水环境工程中的应用，为未来相关学者对生物监测技术的研究提供经验参考。

参考文献

1王志苗，刘易升，李杰.水环境污染监测中生物监测的运用[J].科学技术创新，2019，（27）：50-51.

2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.

3李民峰，李俊萱.基于生物监测技术在水环境中的应用及研究[J].低碳世界，2019，9（8）：52-53.

4钮剑锋，魏峰，沈旭芳，等.生物监测技术在水环境监测中的运用研究[J].资源节约与环保，2019，（7）：27.

作者:徐爱荣 周晓惠 单位:江苏翰轩环保科技有限公司 东台市环境监测站