科学网—河流生物性污染物在线监测漫谈

一、什么是生物性污染物

生物性污染物是指能够引起人类或其他生物体疾病或不适的微生物、寄生虫、毒素等有机物质，它们主要来源于人类活动、动植物排泄物、医疗废弃物、工业废水等。生物性污染物包括细菌、病毒、真菌、藻类、原生动物、寄生虫等，其中一些是致病性的，如大肠埃希氏菌、霍乱弧菌、诺如病毒等，它们可以通过水源传播给人类或其他生物体，造成感染或中毒。

二、为什么要监测生物性污染物

生物性污染物对水环境和人类健康的危害是不容忽视的。首先，生物性污染物会破坏水体的自净能力，消耗溶解氧，降低水质，影响水生态系统的平衡。其次，生物性污染物会威胁饮用水安全，导致水源性疾病的发生和流行，如霍乱、伤寒、肝炎等。再次，生物性污染物会影响农业灌溉和水产养殖的质量和效益，降低农产品和水产品的安全性和营养价值。最后，生物性污染物会影响水资源的利用和保护，增加水处理的成本和难度，限制水资源的可持续利用。  

因此，监测生物性污染物是保障水环境质量和人类健康安全的重要手段。通过监测生物性污染物，可以及时发现和预警水体中的微生物污染情况，评估水体中的微生物风险等级，制定有效的防治措施和应急方案，保障饮用水源和其他用水安全。

三、如何监测生物性污染物

目前，监测生物性污染物主要有两种方式：离线监测和在线监测。离线监测是指将采集的水样送到实验室进行分析检测，采用传统的微生物培养法或现代的分子生物学方法。离线监测具有较高的准确度和灵敏度，但也存在一些缺点，如耗时长、费用高、样品易变质、不能实时反映水体变化等。

在线监测是指在现场或近现场对水样进行自动化或半自动化的分析检测，采用基于光学、电化学、声学或磁学等原理的传感器技术。在线监测具有实时性强、连续性好、费用低、操作简便等优点，但也存在一些挑战，如干扰因素多、稳定性差、特异性低、标准缺乏等。

近年来，随着生物传感技术的发展，生物性污染物在线监测技术得到了快速的进步和应用。生物传感技术是指利用生物分子或细胞等具有特异性识别能力的生物组分，与物理或化学信号转换器相结合，构成能够对目标物质进行灵敏检测的生物传感器。生物传感器可以根据不同的识别元件和信号转换器的类型，分为酶传感器、抗体传感器、核酸传感器、细胞传感器等。生物传感器具有灵敏度高、特异性强、响应快、可定量等特点，适合用于生物性污染物在线监测。

四、我国河流生物性污染物在线监测的现状和展望

我国是一个水资源匮乏的国家，水环境保护和水资源利用面临着巨大的压力和挑战。我国河流中存在着多种多样的生物性污染物，如大肠菌群、大肠埃希氏菌、诺如病毒等，它们对人类健康和水资源安全构成了严重的威胁。为了有效地监测和控制河流中的生物性污染物，我国政府和科研机构在近年来投入了大量的人力和财力，开展了一系列的研究和示范工作。

例如，国家重点研发计划“水体污染控制与治理”重点专项中，有一个子课题是“长江黄河生物性污染物在线监测关键技术与业务示范”。该课题旨在研究长江黄河不同功能水体总大肠菌群、大肠埃希氏菌、诺如病毒等介水生物性污染物风险识别、评估与定性定量筛查技术，筛查包括常规污染和突发性应急生物性污染事故的重点控制断面，提出生物性污染物优控清单；基于高风险生物性污染物设计特异性靶标，研发基于生物传感的非接触式、抗水流水质波动和复杂流域基质干扰的高灵敏性、高稳定性、高特异性的原位自动检测技术；结合新一代人工智能，开发针对不同功能水体生物性污染物在线智能监测技术系统，研制在线监测智能成套设备；建立业务化应用平台，实现稳定化运行；在长江黄河不同功能水体开展应用示范。

该课题的考核指标包括：编制长江黄河流域高风险生物性污染物清单1份；突破基于特异性靶标高灵敏、抗干扰的生物性污染物生物传感在线监测技术，重复性大于95%；研制高风险典型生物性污染物在线监测仪器设备原型机2台，实现20种以上介水病原微生物（包括大肠埃希氏菌、霍乱弧菌、诺如病毒等）的在线监测，检测限不高于1个/L，单次测量时间小于20分钟，仪器平均无故障运行时间（MTBF）不少于720小时，特异性大于80%；提交行业部门在线监测技术标准和规范（建议稿）2个；建立长江黄河生物性污染物在线监测关键技术平台2个，在不少于10个国控断面或省控断面进行业务化示范运行，并提供1年以上业务化稳定运行记录及应用示范报告。

该课题的研究和示范工作，对于提高我国河流生物性污染物在线监测的水平和能力，保障长江黄河流域水环境质量和人类健康安全，具有重要的意义和价值。

除了该课题外，我国还有一些其他的研究和示范工作，也在推动河流生物性污染物在线监测技术的发展和应用。例如，中国环境监测总站在全国范围内建立了城市空气日报、城市饮用水日报、城市地表水日报等实时数据发布平台，其中城市地表水日报包括了对大肠菌群、总大肠菌群、耐热大肠菌群等生物性污染物的监测数据。梅特勒-托利多公司开发了一种基于荧光法的TOC分析仪和在线微生物检测仪，可以连续测量系统中水的TOC，监测水系统中的微生物浓度，帮助用户对污染事件做出即时反应。央视新闻客户端报道了黎巴嫩海洋学家对日本核污染水排海对人类和地球的危害无法预测的看法，指出生物性污染物会通过“生物富集效应”在食物链中累积，影响所有海洋生物或任何生物体的行为。

从上述的一些例子可以看出，我国河流生物性污染物在线监测技术已经取得了一定的进展和成果，但也还存在一些问题和挑战，如监测项目和范围不够全面和广泛，监测技术和设备不够成熟和稳定，监测数据和标准不够准确和统一，监测结果和应用不够及时和有效等。因此，在未来的工作中，还需要加强河流生物性污染物在线监测技术的研究和创新，完善河流生物性污染物在线监测技术的标准和规范，推广河流生物性污染物在线监测技术的应用和示范，提高河流生物性污染物在线监测技术的水平和能力。

五、总结

河流生物性污染物在线监测是保障水环境质量的重要手段，也是水资源利用和保护的重要基础。随着生物传感技术的发展，河流生物性污染物在线监测技术得到了快速的进步和应用，但也还存在一些问题和挑战，需要进一步的研究和创新。

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