生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

曹華偉

（山東拓恒安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司，山東濰坊 261000）

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，不僅是應(yīng)對(duì)當(dāng)前水環(huán)境改善的重要舉措，同時(shí)也是適應(yīng)工業(yè)行業(yè)迅速發(fā)展、水環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)水平提升，但是環(huán)境矛盾越發(fā)突出的有效路徑。為了進(jìn)一步提高水環(huán)境處理水平，滿足水環(huán)境監(jiān)測(cè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)打破傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)的局限，加大生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用力度，提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性與及時(shí)性，真正對(duì)水環(huán)境變化做到準(zhǔn)確、及時(shí)、客觀地評(píng)價(jià)。了解水環(huán)境具體情況，為水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量的提高與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善提供更多參考。

1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)剖析

水環(huán)境與城市發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善以及居民生活息息相關(guān)。低碳概念下，水環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增多，及時(shí)采取有效措施完善水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此來(lái)提高水環(huán)境質(zhì)量。水環(huán)境與生物之間有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，兩者相互影響[1]。水環(huán)境中包含很多生物，一旦水環(huán)境中污染物出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)，必然會(huì)對(duì)生物造成干擾，打亂正常生長(zhǎng)規(guī)律，影響生物健康繁殖。除此之外，污染物得不到及時(shí)處理，出現(xiàn)遷移或者富集等現(xiàn)象，對(duì)生物的影響更加明顯[2]。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，主要通過(guò)生物學(xué)效應(yīng)的方式，從敏感性角度對(duì)不同生物體展開(kāi)分析，同時(shí)對(duì)水污染現(xiàn)象進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，以此明確水污染類(lèi)型。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中監(jiān)測(cè)匯總詳見(jiàn)表1。

表1 不同生物水平的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

續(xù)表

2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)劣勢(shì)匯總

2.1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，在生物學(xué)效應(yīng)的支持下，及時(shí)對(duì)污染物有更全面地了解，尤其是生物體受到污染物所出現(xiàn)的變化等都可以直觀表現(xiàn)。部分生物監(jiān)測(cè)中，對(duì)比精密儀器的監(jiān)測(cè)，生物對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)的靈敏性更高[3]。不僅如此，生物面對(duì)水環(huán)境中的污染物，會(huì)出現(xiàn)不同的應(yīng)急反應(yīng)。水環(huán)境污染現(xiàn)象的出現(xiàn)，多數(shù)以復(fù)合型污染物為主。傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，主要應(yīng)用物理與化學(xué)監(jiān)測(cè)方法，實(shí)際監(jiān)測(cè)中存在局限性，雖然能夠?qū)雾?xiàng)污染進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，但是面對(duì)多種污染物的情況下，監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性受到干擾[4]。生物監(jiān)測(cè)能夠打破這方面的局限，同時(shí)完成多種污染物監(jiān)測(cè)，既可以提高水污染監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性與效率，同時(shí)還能夠簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)操作，降低監(jiān)測(cè)成本，順利得到水污染監(jiān)測(cè)數(shù)值[5]。

2.2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)劣勢(shì)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用雖然具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是也表現(xiàn)出部分缺陷。監(jiān)測(cè)靈敏度高，但是濃度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性差，很多應(yīng)用還在嘗試階段，沒(méi)有形成系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面不明確。環(huán)境因素存在多邊形，生物監(jiān)測(cè)方法實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)出現(xiàn)不明確影響因素的情況。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)需要消耗較長(zhǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間，因此在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)還需不斷磨合。

3 水環(huán)境中生物監(jiān)測(cè)常用技術(shù)

3.1 微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

水環(huán)境監(jiān)測(cè)是保證水質(zhì)安全、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵內(nèi)容。水環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，結(jié)合傳統(tǒng)物理、化學(xué)監(jiān)測(cè)方法，加大生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用力度，其中微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)最為常見(jiàn)。通過(guò)對(duì)水環(huán)境中微型生物頻率的統(tǒng)計(jì)，尤其是細(xì)菌或者原生物、藻類(lèi)等，觀察數(shù)量變化，準(zhǔn)確掌握水環(huán)境實(shí)際狀態(tài)。這種監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是生物監(jiān)測(cè)技術(shù)最早的體現(xiàn)形式。利用數(shù)學(xué)計(jì)算方式，以聚氨酯塑料為載體，及時(shí)對(duì)水環(huán)境樣品進(jìn)行采集處理，掌握微生物具體情況，并計(jì)算出分布指數(shù)，從而了解水環(huán)境污染情況。微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中不斷成熟，為水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善以及監(jiān)測(cè)水平的提高提供了更多幫助。

3.2 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，是當(dāng)前生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用最成熟的技術(shù)之一。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)以細(xì)胞發(fā)光為基礎(chǔ)，綜合對(duì)水環(huán)境中的污染物遺傳毒性研究，準(zhǔn)確剖析水環(huán)境水質(zhì)毒性。當(dāng)然在監(jiān)測(cè)中會(huì)應(yīng)用到水質(zhì)毒性監(jiān)測(cè)儀等一系列設(shè)備。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅提高了水環(huán)境監(jiān)測(cè)水平，同時(shí)為改善國(guó)民生活提供了安全保障。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)周期短，將監(jiān)測(cè)結(jié)果的獲取時(shí)間逐漸縮短到3h。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有明顯應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不僅操作更加便捷，同時(shí)監(jiān)測(cè)靈敏度非常高，能夠迅速取得監(jiān)測(cè)結(jié)果。除此之外，還可以搭配紫外線分光分度法，打破生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用限制，改善生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題，取得理想的應(yīng)用監(jiān)測(cè)效果。

4 水環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

利用發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)，針對(duì)河南省鄭州市某水域展開(kāi)監(jiān)測(cè)。該水域跨度長(zhǎng)，并且分布范圍廣，水網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，由于近些年工業(yè)發(fā)展迅速，排水等的影響下，水域污染情況比較復(fù)雜。為了有效改善水環(huán)境，在基礎(chǔ)化學(xué)監(jiān)測(cè)情況下，加大生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用力度，及時(shí)掌握水域中的毒性物質(zhì)，有效改善水體監(jiān)管不足。

4.1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用，以生物毒性在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為載體，第一及時(shí)培養(yǎng)發(fā)光菌，并做好保存處理工作。第二利用發(fā)光測(cè)量的方式，及時(shí)了解水樣與發(fā)光菌融合后的表現(xiàn)，待發(fā)光測(cè)量完成后，及時(shí)開(kāi)展質(zhì)控處理，做好清洗工作。完成上述測(cè)試步驟后，以雙光路對(duì)照監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)毒性儀，對(duì)參考水樣、待測(cè)水樣進(jìn)行測(cè)量。在雙光路測(cè)量理論的支持下，觀察樣品的變化。

4.2 培養(yǎng)并保存發(fā)光菌

發(fā)光菌是發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的核心，監(jiān)測(cè)方法實(shí)施之前，發(fā)光細(xì)菌主要以凍干粉的結(jié)構(gòu)保存，并且屬于固定化的休眠狀態(tài)。發(fā)光細(xì)菌保存要求溫度必須≤-20℃，這是保證發(fā)光細(xì)菌活性的重要條件。發(fā)光細(xì)菌使用過(guò)程中，將其放置于常溫環(huán)境中，以復(fù)蘇稀釋液進(jìn)行復(fù)蘇，時(shí)間為15min，隨后放置到提前準(zhǔn)備好的特氟龍恒溫孵育倉(cāng)，溫度為5℃。為了預(yù)防發(fā)光細(xì)菌出現(xiàn)溶液沉淀現(xiàn)象，需放置攪拌子，在放置期間不停攪拌。發(fā)光細(xì)菌復(fù)蘇后1周是最長(zhǎng)壽命周期。

4.3 測(cè)量過(guò)程

觀察發(fā)光細(xì)菌孵育情況，待其達(dá)到理想狀態(tài)后，將發(fā)光細(xì)菌抽出，注入待監(jiān)測(cè)的反應(yīng)池中，隨后還要在另一個(gè)反應(yīng)池中注入待測(cè)水樣，待發(fā)光細(xì)菌與待測(cè)水樣混合，開(kāi)始對(duì)發(fā)光量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以S0表示。t分鐘接觸后，再次對(duì)發(fā)光量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以S表示。這個(gè)過(guò)程需要注意，默認(rèn)接觸時(shí)間t=30min。及時(shí)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理并保存。

待測(cè)量全部結(jié)束，及時(shí)清洗實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)所應(yīng)用到的儀器，尤其是光路方面必須清洗到位，避免出現(xiàn)交叉污染的現(xiàn)象。

4.4 在線集成處理

根據(jù)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際情況，及時(shí)接入監(jiān)測(cè)儀器，在上位機(jī)的有效控制下，對(duì)水域展開(kāi)全天候、實(shí)時(shí)、持續(xù)性監(jiān)測(cè)。測(cè)試流程的間隔時(shí)間設(shè)定為4h，若出現(xiàn)突發(fā)狀況，需將測(cè)試流程間隔時(shí)間調(diào)整為1h。在線完成測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破脚_(tái)。除此之外，在儀器自帶網(wǎng)絡(luò)模塊的支持下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水域情況，同時(shí)對(duì)儀器的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)控制。為了方便故障診斷，加入觸發(fā)調(diào)試功能，保證儀器的正常運(yùn)行。

4.5 監(jiān)測(cè)結(jié)果整理

監(jiān)測(cè)結(jié)果整理中，主要涉及毒物測(cè)試與常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)下生物毒性相關(guān)性分析。其中毒物測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同濃度毒物測(cè)試結(jié)果整理

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)還對(duì)水環(huán)境中的有機(jī)磷農(nóng)藥以及甲醇等展開(kāi)毒性測(cè)試，阿特拉津以2.5mg/L濃度為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)中相對(duì)發(fā)光度經(jīng)監(jiān)測(cè)達(dá)到58%，由此可以看出存在明顯毒性。甲醇污染監(jiān)測(cè)中，25mg/L的情況下，發(fā)光度監(jiān)測(cè)結(jié)果為88%，相對(duì)來(lái)講毒性并不大。水樣本中有機(jī)磷農(nóng)藥的監(jiān)測(cè)，相對(duì)發(fā)光度監(jiān)測(cè)結(jié)果為16%。常規(guī)監(jiān)測(cè)與生物毒性相關(guān)性研究，利用電導(dǎo)率完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到相關(guān)性監(jiān)測(cè)數(shù)值，r=0.731。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于水環(huán)境監(jiān)測(cè)來(lái)講，不僅是保證水環(huán)境安全的基礎(chǔ)，同時(shí)也是改善由工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)等所造成的水環(huán)境污染的必然選擇。城市發(fā)展速度加快，工業(yè)用水需求增加，有生產(chǎn)就會(huì)有廢水排出，水環(huán)境受到這些因素的影響污染問(wèn)題逐漸嚴(yán)重。如果不能妥善處理水環(huán)境污染問(wèn)題，必然會(huì)威脅到生態(tài)鏈的平衡，威脅生態(tài)環(huán)境安全。面對(duì)這種情況，水環(huán)境監(jiān)測(cè)在物理監(jiān)測(cè)與化學(xué)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，積極應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)。結(jié)合生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中的發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用展開(kāi)實(shí)例分析，掌握生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，明確應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，總結(jié)應(yīng)用不足，進(jìn)一步完善生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，還需結(jié)合水環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)際情況展開(kāi)，實(shí)時(shí)掌握水體污染狀況，為水環(huán)境的改善提供可靠建議。