生活飲用水主要致嗅物質(zhì)及其處理

郭繼征，王敬敏（.唐山市自來水公司，河北 唐山 063000；.唐山市第一中學(xué)，河北 唐山 063000）

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生活飲用水主要致嗅物質(zhì)及其處理

郭繼征1，王敬敏2
（1.唐山市自來水公司，河北 唐山 063000；2.唐山市第一中學(xué)，河北 唐山 063000）

摘 要：隨著地表水體的富營養(yǎng)化加劇，使微生物產(chǎn)生的一些致嗅物質(zhì)進(jìn)入水體，最終導(dǎo)致生活飲用水異味的產(chǎn)生。本文針對(duì)致嗅物質(zhì)，從其性質(zhì)、來源、檢測(cè)及去除四個(gè)方面加以概述，意在為提高生活飲用水品質(zhì)提供科學(xué)合理的建議。

關(guān)鍵詞：生活飲用水；異味；致嗅物質(zhì)；來源；檢測(cè)；去除

當(dāng)前地表水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴(yán)重，人們生產(chǎn)、生活中含有大量氮、磷等營養(yǎng)元素的廢水排入地表水中，致使藻類等微生物大量繁殖。這不僅消耗水中的溶解氧，并抑制其它水生生物生長(zhǎng)，同時(shí)藻類會(huì)向水體中釋放致嗅物質(zhì)，導(dǎo)致生活飲用水中異味問題的產(chǎn)生，使生活飲用水的感官下降，引起人們對(duì)飲用水水質(zhì)的懷疑和抱怨。下面就生活飲用水中主要的致嗅物質(zhì)分四方面加以概述。

1 主要致嗅物質(zhì)的性質(zhì)

水體異味可分為土霉味、芳香味、青草味、魚腥味等，其中以土霉味最為常見，導(dǎo)致生活飲用水中土霉味的兩種致嗅物質(zhì)為土臭素和2-甲基異冰片。土臭素也稱反-1，10-二甲基-反-萘烷醇（Trans-1，10-dimethyly-trans-9-decolol或Geosmin，GSM），2-甲基異冰片也稱2-甲基異醇（2-methylisoborned或2-MIB）。土臭素的分子式為C12H22O，2-甲基異冰片分子式為C11H20O，二者均為環(huán)醇類有機(jī)物，具有穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，它們?cè)谑覝叵鲁拾霌]發(fā)性，在含量低時(shí)則分別表現(xiàn)為土臭味和霉味，人類的嗅覺對(duì)這種異味極為敏感，微量物質(zhì)便能容易感知。在純水中，人對(duì)GSM的嗅閾值（TON）為110ng/L，對(duì)2-MIB的嗅閾值（TON）為5~10ng/L。我國現(xiàn)行的GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的附錄A中將GSM 和2-MIB列為生活飲用水水質(zhì)參考指標(biāo)，其限值均為10ng/L［1］。雖然這兩種致嗅物質(zhì)對(duì)人體健康的影響尚不明確，但是因生活飲用水中致嗅物質(zhì)存在導(dǎo)致口感不佳常常使人們認(rèn)為水受到污染而無法放心飲用。

2 主要致嗅物質(zhì)的產(chǎn)生

內(nèi)陸地表水體最初都呈寡營養(yǎng)型，由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活污水等大量氮源和碳源的排入，導(dǎo)致水體中的營養(yǎng)物質(zhì)含量逐步增加，使得水體由寡營養(yǎng)型向中營養(yǎng)性、富營養(yǎng)型甚至超富營養(yǎng)型轉(zhuǎn)化。由于營養(yǎng)物質(zhì)的過剩，使得淡水生態(tài)系統(tǒng)平衡遭受到破壞，造成如藻類等微生物群落過剩生長(zhǎng)，這些微生物能不斷分泌和產(chǎn)生出各種具有異味的次生代謝產(chǎn)物。可見水體的富營養(yǎng)化是導(dǎo)致水體異味問題產(chǎn)生的主要原因。其中能夠產(chǎn)生GSM和2-MIB的藻類主要有藍(lán)藻中的魚腥藻、顫藻、聚球藻、束藻、席藻及鞘絲藻等［2］。

嗅味問題的爆發(fā)往往具有一定季節(jié)性，在我國北方夏季藻類繁殖達(dá)到高峰，秋季氣溫驟降導(dǎo)致藻類大面積死亡，藻類數(shù)量明顯降低，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)直接釋放到水體中，會(huì)導(dǎo)致原水中致嗅物質(zhì)濃度大幅上升。

3 生活飲用水及水源水中致嗅物質(zhì)的檢測(cè)

GSM和2-MIB的分析方法主要有感觀分析法、儀器分析法（GC/GC-MS）和酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法（ELISA）［2］。

感官分析法由最初的初嗅數(shù)法（TON）演變至今則有嗅覺層次分析法（FPA）。感觀分析法的原理是依靠人的嗅覺系統(tǒng)，當(dāng)嗅味物質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入人的鼻腔后，刺激神經(jīng)中樞系統(tǒng)使其產(chǎn)生信號(hào)，并將信號(hào)傳送到大腦皮層，從而產(chǎn)生嗅覺感應(yīng)。感觀分析法常常受到人為主觀因素影響無法定量感知濃度，當(dāng)致嗅物質(zhì)濃度一旦超過閾值，則人體感知嗅味的強(qiáng)度隨致嗅物質(zhì)濃度升高而增加，因此用感官分析法存在很大局限性，最終檢測(cè)結(jié)果會(huì)因檢測(cè)人員體質(zhì)不同而產(chǎn)生很大差異。

儀器分析法主要包括水樣前處理技術(shù)和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）等利用儀器進(jìn)行定性和定量的分析技術(shù)。目前采用固相微萃取（SPME）前處理技術(shù)和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用被各自來水公司及檢測(cè)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用在GSM和2-MIB的檢測(cè)。SPME技術(shù)是在在固相萃?。⊿PE）技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出的非溶劑型選擇萃取法。SPME裝置由手柄和萃取頭兩部分組成，萃取頭上有均勻涂覆在石英纖維上的吸附劑涂層，萃取頭能有效吸附水中致嗅物質(zhì)。SPME技術(shù)集樣品采集、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體，整個(gè)萃取過程不適用有機(jī)溶劑，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、分析成本較低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。采用SPME頂空富集水樣中痕量的GSM和2-MIB，再結(jié)合GC-MS分析，可大大提高檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度，能夠檢測(cè)水中低于其嗅閾值的GSM和2-MIB。

酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法（ELISA）是基于免疫反應(yīng)原理發(fā)展起來的一種新型定性定量檢測(cè)方法，因其具有靈敏度高、專一性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用與生命科學(xué)領(lǐng)域，但在生活飲用水檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用不多。由于致嗅物質(zhì)的分子量一般小于300，故不易得到高效價(jià)的抗體。篩選、分離針對(duì)GSM和2-MIB等致嗅物質(zhì)的高效單克隆抗體，利用免疫技術(shù)建立快速靈敏的分析方法是以后檢測(cè)方法發(fā)展的方向。

4 主要致嗅物質(zhì)的去除

目前，凈水廠所采用的多為傳統(tǒng)凈化工藝，包括混凝、沉淀、砂濾等，但多項(xiàng)研究及實(shí)際生產(chǎn)表明，GSM和2-MIB很難通過常規(guī)處理工藝去除，還需要增加其他深度處理工藝才可達(dá)到處理效果。有研究表明，去除GSM和2-MIB較為有效的工藝主要有高級(jí)氧化技術(shù)、活性炭吸附技術(shù)和生物降解技術(shù)等三種［3］。

化學(xué)氧化法是借助氧化劑對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行分解去除，目前大多數(shù)水廠采用氯或氯制劑、二氧化氯及高錳酸鉀等作為前處理劑對(duì)原水進(jìn)行預(yù)氧化。但氯和高錳酸鉀對(duì)去除異味的效果并不理想，反而在提高加氯量的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的消毒副產(chǎn)物以及由氧化而生成其他異味物質(zhì)。二氧化氯應(yīng)用在水處理工藝中主要是為了減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，對(duì)于致嗅物質(zhì)的去除有一定效果，但還需要其他輔助工藝才能將致嗅物質(zhì)去除的更低。少數(shù)水廠會(huì)采用臭氧作為原水處理預(yù)氧化劑，單獨(dú)使用臭氧工藝時(shí)，對(duì)GSM和2-MIB去除率能夠達(dá)到50%，說明抽臭氧對(duì)GSM和2-MIB的氧化作用有限；如果使用紫外線和臭氧聯(lián)用技術(shù)，可使GSM和2-MIB去除率可達(dá)到90%，這是由于在紫外線的光催化作用下臭氧分子分解并產(chǎn)生氫氧自由基（·OH），·OH較臭氧有更強(qiáng)氧化作用，能夠有效的破壞和分解藻類細(xì)胞壁，致使藻類死亡。由于紫外線和臭氧聯(lián)用技術(shù)的使用和運(yùn)行成本很高，尤其是需要添加大型投加設(shè)備，使得該技術(shù)不能廣泛使用。有研究表明，在處理過程中將產(chǎn)生有害的消毒副產(chǎn)物如酮、醛和溴化物等，而醛類消毒副產(chǎn)物將形成新的異味物質(zhì)，水廠需要增加額外處理工藝去除氧化GSM和2-MIB過程中形成的副產(chǎn)物［3］。

活性炭是一種高效的吸附材料，在我國被多次用于處理由有機(jī)物造成的水污染事件，常規(guī)使用的活性炭有顆?；钚蕴浚℅AC）和粉末活性炭（PAC）。通常GAC對(duì)GSM和2-MIB的吸附效果要略遜于PAC。PAC使用方便，常用于季節(jié)性或應(yīng)急性的異味處理，是目前最常用去除GSM和2-MIB的工藝。在使用PAC時(shí)需注意3個(gè)問題：一是天然水體中有溶解性有機(jī)碳存在，將和GSM、2-MIB存在吸附競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。二是水中的余氯將降低致嗅物質(zhì)的吸附效果，因此投加PAC處理時(shí)應(yīng)避免與前加氯工藝混用。三是由于致嗅物質(zhì)并不完全游離于藻細(xì)胞外，活性炭無法將細(xì)胞內(nèi)的致嗅物質(zhì)去除，水廠加氯消毒后藻細(xì)胞內(nèi)的

致嗅物質(zhì)會(huì)再度釋放到水體中，因此進(jìn)行活性炭吸附處理前需采用常規(guī)水處理工藝將藻類去除。筆者認(rèn)為水廠可以在取水泵站投加PAC，通過管道輸送可以為PAC提供較長(zhǎng)吸附時(shí)間，從而降低吸附競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的影響，水廠采用常規(guī)水處理工藝將藻類去除，之后可用活性炭濾池吸附進(jìn)一步降低GSM和2-MIB。

微生物降解技術(shù)對(duì)去除水體中GSM和2-MIB也極為有效。事實(shí)上自然界的異味物質(zhì)存在一個(gè)較長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)平衡過程，除揮發(fā)、生物富集作用外，主要是被微生物分解或利用而去除，即由微生物中來又到微生物中去。微生物具有豐富的生物多樣性，決定了它們能夠通過多種途徑代謝有機(jī)物，微生物由于體積小、相對(duì)表面積大，為了獲得賴以生存的能量，需要通過一系列的生理生化反應(yīng)不斷從周圍環(huán)境中獲取營養(yǎng)物質(zhì)。微生物濾池雖能有效去除GSM和2-MIB，較其它方法相比即經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，但關(guān)于微生物的選種培育及接種到反應(yīng)池的工藝還有待進(jìn)一步改進(jìn)，如何控制其穩(wěn)定性仍需要進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

1）天然水體的富營養(yǎng)化是造成異味問題的根本原因。

2）目前采用固相微萃?。⊿PME）前處理技術(shù)和GC-MS能準(zhǔn)確檢測(cè)水中GSM和2-MIB含量。利用免疫技術(shù)建立快速靈敏的分析方法是以后研究的方向。

3）投加PAC能夠有效吸附GSM和2-MIB，是目前水處理最常用工藝。

參考文獻(xiàn)

［1］ GB 5749-2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］宋立榮，李林，陳偉，甘南琴.水體異味及其藻源次生代謝產(chǎn)物研究進(jìn)展［J］.水生生物學(xué)報(bào)，2004（4）：434~439.

［3］張軼群.原水中二甲基冰片和土臭素去除工藝研究進(jìn)展［J］.給水排水，2012（S1）:35-38.

中圖分類號(hào)：R123.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1674-943X（2016）02-0010-02

收稿日期：2016- 03- 28

作者簡(jiǎn)介：郭繼征（1980- ），男，河北唐山人，本科，工程師，主要從事生活飲用水水質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理工作。

Main Odor Causing Substances in Drinking Water and Processing GUO Jizheng1，WANG Jingmin2

（1.Water Supply Company of Tangshan， Tangshan 063000， China；2.Tangshan No.1 Middle School， Tangshan 063000， China）

Abstract：With the increasing of the eutrophication of surface water， the odorant which is produced by microorganisms ingress to water， eventually leading to make drinking water produce peculiar smell.In this paper， intending to improve the drinking water quality and provide scientific recommendations， we discuss about the substances which causing the peculiar smell in four aspects such as characteristic， origin， detection and purify.

Key words:drinking water； peculiar smell； the odorant； origin； detection； purify