水环境污染中生物监测方式及运用

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水环境污染中生物监测方式及运用
河北工院云环境检测技术有限公司 赵乾,段晓晨
近年来经济增长的同时，我国水资源污染却是越来越严重，无论是居民生活还是各行业对于水的需求和用量都在快速增长。

而水环境质量，特别是居民饮用水的质量直接对人类生活健康产生影响，受检测技术的局限，经常出现污水超标排放情况，将一些重金属、有机物等污染物直接排到自然水体中，造成水体污染。

水环境污染检测作为水环境保护的基础，借助定量调查，掌握目标水体环境与变化特征，获得相应数据保证水环境保护工作的顺利开展。

传统水环境检测时主要采取理化方法，存在检测成本高、污染大等情况，逐渐不能满足实际需求。

生物检测技术主要通过生物个体、群体、群落等对环境污染时所做出
的反应来检测和评价其污染程度。

我国生物监测技术起步晚，到目前尚没有形成完整的体系，需要不断发展与完善生物监测技术。

一、水环境污染监测中生物监测技术原理
生物体和其生存环境之间属于相互依存，相辅相成的局面，既有帮助又有制约。

一旦环境遭受污染，生物在吸收营养物质时会连带周围污染物一齐吸收，而这些污染物不会像正常物质一般进行消化、吸收和代谢，而是一直积聚在生物体内。

生物体也会因此表现出不同的症状。

生物监测技术，就是利用生物体本身对于污染物或者环境变化所做出的敏感反映来判断水体受污染程度。

如表1，是在检测技术下不同生物对于环境污染所反映出
的症状。

通过生物监测能直接反映出致污物的化学效应，使生物受污后的影响全部显现，而且有些生物对于污染物接受的灵敏度甚至超过精密的科学仪器，结果既准确又迅速。

现阶段，水环境监测技术仅能监测单项污染物浓度，但是生物监测技术却能弥补其不足，将污染物的综合影响直观显现不仅操作方便，而且成本低。

但生物检测也存在一定缺陷，它不能对污染物浓度进行准确检测，缺少统一的标准。

无法得出环境因素与污染物的综合影响，整个检测周期较长。

这些也对生物检测技术的应用和推广产生限制，需要技术人员持续研究与改进，使得生物监测技术可以在水环境监测中更好地发挥作用。

摘要：生物监测作为新兴技术，近些年在环境监测领域得到广泛应用。

水环境污染检测过程中运用生物监测技术，有助于保证我国水资源的安全，实现人与环境之间的和谐发展。

本文中通过分析水环境污染检测的重要性，总结生物监测技术的内涵与方法，结合实际情况探讨生物监测技术在水环境污染检测中的应用，大幅度提升水环境污染检测的质量。

关键词：水环境污染；生物监测；技术运用中图分类号：X832
文献标识码：A
文章编号：2096-4595（2020）07-0155-0004
作者简介：赵 乾，生于1994年，研究生，研究方向为生物检测在环境工程及保护中的运用。

表1
不同生物监测技术反映出的生物水平
二、水环境污染检测中生物监测技术应用
（一）监测微生物群落技术
水环境中生存着大量藻类、细菌和原始动物，而这些微生物的数量、频率、群落等都能对该区域水环境质量做出直接反馈，在此基础上发展微生物群落监测技术。

通过该技术可以对附近自然水体环境中的群落结构和功能信息进行收集，根据所收集到的内容对周围水环境质量进行评价，同时对未来可能发生的变化进行预测。

随着相关技术的进步和发展，微生物群落所能提供的监测数据和内容越来越多，目前为止主要包含原物种类型、多样性指标、异养性指数等。

1.监测藻类变化
水体环境中初级生产者就是藻类，当处于水环境中的藻类吸收水体中的污染物质后，会造成自身代谢功能紊乱、细胞色素减少及光合作用受到抑制等，严重时直接出现中毒死亡情况，甚至直接改变藻类的种类组成。

藻类生长代谢过程中需要不同的营养盐分，因此水环境检测过程中利用监测水藻种类变化情况反映水体状况。

不同藻类对于生态因子耐受性存在差异，根据实际情况分析：耐酸性指示藻有羽纹藻、富营养化指示藻有蓝藻等。

2.监测原物种类型
水体环境中原生动物有着广泛分布，也是自然水域的主要组成部分。

原生动物种类较多、数量大且处于不同的生态位，群落改变直接对食物链组成产生影响，进而对生物类群分布造成影响。

原生动物主要摄食与吸收有利颗粒物、细菌与藻类，将这些物质转为能量。

也可
以通过摄食作用刺激藻类、细菌的
生长，加快水域中有机物的分解等。

PFU法就是原生生物在生物监测上
应用的体现。

实际水体污染检测中
要发挥原生生物的作用，大幅度提
升水质检测质量，为水环境保护提
供所需要的详实数据（如图1）。

（二）监测生物行为反应
自然界生物种类多且复杂，不
同物种对于环境变化的反应不同，
而环境污染又属于环境变化的一部
分。

很多生物在生存环境受到污染
时都会出现一些应激性的生理和行
为变化。

生物行为反应监测技术就
是以此为基础，所发展起来的一种
环境监测技术。

观测者可以根据生
物本身生理功能的不断变化，对周
围环境污染程度进行评判，确定污
染浓度。

在水环境检测时，最为常见的
指示性生物就是鱼，包括鳗鱼、斑
马鱼、金鱼等，经常用它们进行淡
水环境污染物测定。

比如，斑马鱼
和人类基因相似，对生活水质较为
敏感，当水环境发生变化时，能在
几分钟能做出应激反应，同时观测
者也能根据其反应剧烈程度来推断
水中有害物质对人体的影响程度。

同时，生物检测技术还能对水中
Cu2+、Pb2+等重金属浓度进行检测，
当其作用到斑马鱼体内时，都会呈
现出不同反应，刚好可以借此对其
浓度进行判断。

而且随着计算机、
远程监控、自动化等技术的发展，
该法已经实现在线实时监测，对于
水环境中发生的变化能及时发现，
迅速做出预警。

（三）生物传感器监测技术
原理
水污染监测中生物传感监测技
术应用，核心组成就是生物传感器，
它主要由两部分组成，即分子识别
与转换部分，前者主要识别生物活
性物质，后者则判断氧含量、场效
应等。

技术运行原理利用生物质对
某些物质的敏感度转为电信号，测
量水体污染的程度。

生物传感器技术优势显著，实
践表明存在专一性、高准确率等。

现阶段广泛使用的生物传感器种类
有DNA、免疫及细胞等。

生物传感
器应用到水环境监测中，主要选择
BOD与微生物两类。

前者通过分析
溶液氧浓度方式判断水水质情况，
该技术在实验室中有着广泛应用，
现场监测的话不太合适；后者通过
传感器准确判断工业废水中酚的含
量，根据测定结果判断测量区域内
的水质情况。

三、微生物监测技术在水环
境检测中的应用
（一）水环境检测中发光细菌
监测技术应用
发光细菌监测技术较为成熟，
在实际中有着广泛应用，多用于自
来水厂、生活饮用水源的水质监测，
也是当前保证水源水质的主要监测
技术。

发光细菌监测技术参考指标为
细胞发光特征、污染物遗传毒性等，
结合水质毒性测定仪等设备判断水
质情况，所需时间长短不一，最快
的可以在3h内获得水质检测结果，
与其他技术相比自身优势显著。

此
外，随着科学技术进步与发展，发
光细菌监测法可以与紫外线分光、
荧光等结合起来，大幅度提升监测
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质量与效率，促进水环境检测效率的提升。

（二）水环境检测中低温微生物的应用
低温微生物，泛指生存在低温环境中的微生物，比如冰川、高山等。

低温微生物又分成两种：嗜冷微生物、耐冷微生物，可以实现降解物质循环，提升污染物处理效率。

两者之间区别在于生存温度与环境，通常嗜冷微生物处于0-15℃环境中，最高温度不能超过20℃，分布在地球两极与海洋深处；耐冷微生物最高生长温度高于20℃，最适温度高于15℃，在0～5℃可生长繁殖的微生物称之为耐冷菌。

1.处理生活污水
低温微生物引入到环境工程
中，可以提升污染物处理质量与水平。

利用低温微生物对生活污水进行处理时，季节不同温度存在差别，影响到微生物处理效果。

通常生活污水中存在明显的氮磷元素超标，出现水体富营养化情况，直接排放到周边环境中造成环境污染，因此生活污水处理重点在于清除其中蕴含的氮磷元素。

利用低温微生物处理时，重点在于污水温度的控制，温度不合适会影响到微生物的新陈代谢，最终对污水处理效果造成影响。

在这样背景下，科学家提取出耐冷丝状蓝细菌，实现快速清除污水有害物质，可以显著提升环境工程水平。

事实上早期利用低温微生物进行食品保鲜的包装，但具体应用时食物脂肪物质会被耐冷菌
分解，最后使得食物腐败变质，不利于食品的长期保存。

而在环境工程污水处理中可以利用低温微生物的这一点，直接降解污水脂肪类物质，最终将取得的研究成果用于食品生产企业所产生的污水中，降污效果极好。

2.处理工业废水
低温微生物可以处理含有烃类物质的工业废水，达成分解与处理石化污水、提升污水处理质量与效率的目的。

低温环境下这类微生物可以降解其中含有的烃类物质，降低污水处理时造成的二次污染。

大量实践表明，利用萘胺降解菌与适冷脱酚菌，对污泥中的污染物质进
行处理。

借助AO 污水处理工艺降低污水中烃类物质含量，降低工业
图1 盐城保护区水上森林
废水有害物质含量，降低对周边环境的处理。

固定化微生物选择海藻酸钠包埋活性污泥，废水处理中引入固定化微生物，可以有效处理含有氨气的臭气。

（三）宏基因组的应用
宏基因组分析作为新型微生物分析手段，实际应用时不需要对各微生物群落进行筛选，直接对样品中微生物核酸序列进行测定，以此为基础分析微生物群落特点（如图2）。

宏基因组技术直接分离出降解污染物或有活性的基因簇，实现降解难降解污染物的处理，用于处理石化污水、含有抗生素的工业废水等。

四、结语
总之，随着环境保护工作持续
深化及生物监测技术水平提升，水
环境污染检测中生物监测将发挥越
来越重要的作用。

通过生物监测技
术可以综合评价毒性，受到人们的
普遍关注，在新型毒性物质监测方
面发挥着重要作用。

希望通过文中
论述，为类似研究提供借鉴。

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图2 污水处理机器
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