生活饮用水主要致嗅物质及其处理

郭继征，王敬敏（.唐山市自来水公司，河北 唐山 063000；.唐山市第一中学，河北 唐山 063000）



生活饮用水主要致嗅物质及其处理

郭继征1，王敬敏2
（1.唐山市自来水公司，河北 唐山 063000；2.唐山市第一中学，河北 唐山 063000）

摘 要：随着地表水体的富营养化加剧，使微生物产生的一些致嗅物质进入水体，最终导致生活饮用水异味的产生。本文针对致嗅物质，从其性质、来源、检测及去除四个方面加以概述，意在为提高生活饮用水品质提供科学合理的建议。

关键词：生活饮用水；异味；致嗅物质；来源；检测；去除

当前地表水体富营养化问题日趋严重，人们生产、生活中含有大量氮、磷等营养元素的废水排入地表水中，致使藻类等微生物大量繁殖。这不仅消耗水中的溶解氧，并抑制其它水生生物生长，同时藻类会向水体中释放致嗅物质，导致生活饮用水中异味问题的产生，使生活饮用水的感官下降，引起人们对饮用水水质的怀疑和抱怨。下面就生活饮用水中主要的致嗅物质分四方面加以概述。

1 主要致嗅物质的性质

水体异味可分为土霉味、芳香味、青草味、鱼腥味等，其中以土霉味最为常见，导致生活饮用水中土霉味的两种致嗅物质为土臭素和2-甲基异冰片。土臭素也称反-1，10-二甲基-反-萘烷醇（Trans-1，10-dimethyly-trans-9-decolol或Geosmin，GSM），2-甲基异冰片也称2-甲基异醇（2-methylisoborned或2-MIB）。土臭素的分子式为C12H22O，2-甲基异冰片分子式为C11H20O，二者均为环醇类有机物，具有稳定的空间结构，它们在室温下呈半挥发性，在含量低时则分别表现为土臭味和霉味，人类的嗅觉对这种异味极为敏感，微量物质便能容易感知。在纯水中，人对GSM的嗅阈值（TON）为110ng/L，对2-MIB的嗅阈值（TON）为5~10ng/L。我国现行的GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》的附录A中将GSM 和2-MIB列为生活饮用水水质参考指标，其限值均为10ng/L［1］。虽然这两种致嗅物质对人体健康的影响尚不明确，但是因生活饮用水中致嗅物质存在导致口感不佳常常使人们认为水受到污染而无法放心饮用。

2 主要致嗅物质的产生

内陆地表水体最初都呈寡营养型，由于工业、农业及生活污水等大量氮源和碳源的排入，导致水体中的营养物质含量逐步增加，使得水体由寡营养型向中营养性、富营养型甚至超富营养型转化。由于营养物质的过剩，使得淡水生态系统平衡遭受到破坏，造成如藻类等微生物群落过剩生长，这些微生物能不断分泌和产生出各种具有异味的次生代谢产物。可见水体的富营养化是导致水体异味问题产生的主要原因。其中能够产生GSM和2-MIB的藻类主要有蓝藻中的鱼腥藻、颤藻、聚球藻、束藻、席藻及鞘丝藻等［2］。

嗅味问题的爆发往往具有一定季节性，在我国北方夏季藻类繁殖达到高峰，秋季气温骤降导致藻类大面积死亡，藻类数量明显降低，细胞内物质直接释放到水体中，会导致原水中致嗅物质浓度大幅上升。

3 生活饮用水及水源水中致嗅物质的检测

GSM和2-MIB的分析方法主要有感观分析法、仪器分析法（GC/GC-MS）和酶联免疫吸附剂测定法（ELISA）［2］。

感官分析法由最初的初嗅数法（TON）演变至今则有嗅觉层次分析法（FPA）。感观分析法的原理是依靠人的嗅觉系统，当嗅味物质通过各种途径进入人的鼻腔后，刺激神经中枢系统使其产生信号，并将信号传送到大脑皮层，从而产生嗅觉感应。感观分析法常常受到人为主观因素影响无法定量感知浓度，当致嗅物质浓度一旦超过阈值，则人体感知嗅味的强度随致嗅物质浓度升高而增加，因此用感官分析法存在很大局限性，最终检测结果会因检测人员体质不同而产生很大差异。

仪器分析法主要包括水样前处理技术和气相色谱质谱联用（GC-MS）等利用仪器进行定性和定量的分析技术。目前采用固相微萃取（SPME）前处理技术和气相色谱质谱联用被各自来水公司及检测机构广泛应用在GSM和2-MIB的检测。SPME技术是在在固相萃取（SPE）技术的基础上开发出的非溶剂型选择萃取法。SPME装置由手柄和萃取头两部分组成，萃取头上有均匀涂覆在石英纤维上的吸附剂涂层，萃取头能有效吸附水中致嗅物质。SPME技术集样品采集、萃取、浓缩、进样于一体，整个萃取过程不适用有机溶剂，具有结构简单、操作方便、分析成本较低、便于携带等优点。采用SPME顶空富集水样中痕量的GSM和2-MIB，再结合GC-MS分析，可大大提高检测灵敏度和准确度，能够检测水中低于其嗅阈值的GSM和2-MIB。

酶联免疫吸附剂测定法（ELISA）是基于免疫反应原理发展起来的一种新型定性定量检测方法，因其具有灵敏度高、专一性强等优点，近年来广泛应用与生命科学领域，但在生活饮用水检测领域应用不多。由于致嗅物质的分子量一般小于300，故不易得到高效价的抗体。筛选、分离针对GSM和2-MIB等致嗅物质的高效单克隆抗体，利用免疫技术建立快速灵敏的分析方法是以后检测方法发展的方向。

4 主要致嗅物质的去除

目前，净水厂所采用的多为传统净化工艺，包括混凝、沉淀、砂滤等，但多项研究及实际生产表明，GSM和2-MIB很难通过常规处理工艺去除，还需要增加其他深度处理工艺才可达到处理效果。有研究表明，去除GSM和2-MIB较为有效的工艺主要有高级氧化技术、活性炭吸附技术和生物降解技术等三种［3］。

化学氧化法是借助氧化剂对目标物质进行分解去除，目前大多数水厂采用氯或氯制剂、二氧化氯及高锰酸钾等作为前处理剂对原水进行预氧化。但氯和高锰酸钾对去除异味的效果并不理想，反而在提高加氯量的同时会产生更多的消毒副产物以及由氧化而生成其他异味物质。二氧化氯应用在水处理工艺中主要是为了减少消毒副产物的产生，对于致嗅物质的去除有一定效果，但还需要其他辅助工艺才能将致嗅物质去除的更低。少数水厂会采用臭氧作为原水处理预氧化剂，单独使用臭氧工艺时，对GSM和2-MIB去除率能够达到50%，说明抽臭氧对GSM和2-MIB的氧化作用有限；如果使用紫外线和臭氧联用技术，可使GSM和2-MIB去除率可达到90%，这是由于在紫外线的光催化作用下臭氧分子分解并产生氢氧自由基（·OH），·OH较臭氧有更强氧化作用，能够有效的破坏和分解藻类细胞壁，致使藻类死亡。由于紫外线和臭氧联用技术的使用和运行成本很高，尤其是需要添加大型投加设备，使得该技术不能广泛使用。有研究表明，在处理过程中将产生有害的消毒副产物如酮、醛和溴化物等，而醛类消毒副产物将形成新的异味物质，水厂需要增加额外处理工艺去除氧化GSM和2-MIB过程中形成的副产物［3］。

活性炭是一种高效的吸附材料，在我国被多次用于处理由有机物造成的水污染事件，常规使用的活性炭有颗粒活性炭（GAC）和粉末活性炭（PAC）。通常GAC对GSM和2-MIB的吸附效果要略逊于PAC。PAC使用方便，常用于季节性或应急性的异味处理，是目前最常用去除GSM和2-MIB的工艺。在使用PAC时需注意3个问题：一是天然水体中有溶解性有机碳存在，将和GSM、2-MIB存在吸附竞争关系。二是水中的余氯将降低致嗅物质的吸附效果，因此投加PAC处理时应避免与前加氯工艺混用。三是由于致嗅物质并不完全游离于藻细胞外，活性炭无法将细胞内的致嗅物质去除，水厂加氯消毒后藻细胞内的

致嗅物质会再度释放到水体中，因此进行活性炭吸附处理前需采用常规水处理工艺将藻类去除。笔者认为水厂可以在取水泵站投加PAC，通过管道输送可以为PAC提供较长吸附时间，从而降低吸附竞争关系的影响，水厂采用常规水处理工艺将藻类去除，之后可用活性炭滤池吸附进一步降低GSM和2-MIB。

微生物降解技术对去除水体中GSM和2-MIB也极为有效。事实上自然界的异味物质存在一个较长的动态平衡过程，除挥发、生物富集作用外，主要是被微生物分解或利用而去除，即由微生物中来又到微生物中去。微生物具有丰富的生物多样性，决定了它们能够通过多种途径代谢有机物，微生物由于体积小、相对表面积大，为了获得赖以生存的能量，需要通过一系列的生理生化反应不断从周围环境中获取营养物质。微生物滤池虽能有效去除GSM和2-MIB，较其它方法相比即经济又环保，但关于微生物的选种培育及接种到反应池的工艺还有待进一步改进，如何控制其稳定性仍需要进一步研究。

5 结论

1）天然水体的富营养化是造成异味问题的根本原因。

2）目前采用固相微萃取（SPME）前处理技术和GC-MS能准确检测水中GSM和2-MIB含量。利用免疫技术建立快速灵敏的分析方法是以后研究的方向。

3）投加PAC能够有效吸附GSM和2-MIB，是目前水处理最常用工艺。

参考文献

［1］ GB 5749-2006，生活饮用水卫生标准［S］.

［2］宋立荣，李林，陈伟，甘南琴.水体异味及其藻源次生代谢产物研究进展［J］.水生生物学报，2004（4）：434~439.

［3］张轶群.原水中二甲基冰片和土臭素去除工艺研究进展［J］.给水排水，2012（S1）:35-38.

中图分类号：R123.1

文献标识码：B

文章编号：1674-943X（2016）02-0010-02

收稿日期：2016- 03- 28

作者简介：郭继征（1980- ），男，河北唐山人，本科，工程师，主要从事生活饮用水水质检测实验室质量管理工作。

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