苏州市太湖饮用水源地异味物质种类及其与环境因子相关性分析

秦宏兵，张晓赟，范苓，顾海东

(苏州市环境监测中心，江苏 苏州 215000)

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苏州市太湖饮用水源地异味物质种类及其与环境因子相关性分析

秦宏兵，张晓赟，范苓，顾海东

(苏州市环境监测中心，江苏 苏州 215000)

于2013年每月测定了苏州太湖饮用水源地9种异味物质含量及TP、TN、水温、藻密度等指标，结果表明，苏州太湖饮用水源地主要检出的异味物质有2-甲基异崁醇、土臭素、β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮等4种。2-甲基异崁醇年均值是其嗅觉阈值的2.9倍，水体主要表现为土霉味。根据异味物质与环境因子相关性分析结果及相关文献讨论，水温是影响异味物质含量的重要因素。微囊藻等藻类对β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮有明显贡献。

饮用水源地；异味物质；环境因子; 苏州太湖

富营养化水体中由于营养物质过剩，淡水生态系统平衡遭到破坏，造成一些藻类、菌类生物群落生长过剩。这些藻类、菌类不断分泌和释放各种具有异味的次生代谢产物，导致水体产生土腥味、霉味、烟草味等异味(off-flavor)，影响供水品质。2-甲基异崁醇和土臭素是最常见的导致水体土霉味物质，主要来源于放线菌、细菌和蓝藻硅藻等浮游藻类代谢产物[1]。β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮是球状蓝藻尤其是微囊藻等藻类体内β-胡萝卜素氧化产物，导致水体产生烟草味和紫罗兰香味等异味[2]。此外吡嗪类物质和三氯代苯甲醚也是导致水体土霉味的物质。人类对这些异味物质的嗅觉阈值很低，水体中ng/L级质量浓度水平的异味物质就能导致水体产生异味。很多国家和地区都有水体异味问题的报道[3-6]。

苏州太湖饮用水源地处于太湖东部沿岸地区，处于轻度富营养化水平。现于2013年对苏州A，B 2个集中式生活饮用水源地异味物质开展调查，测定水体中2-甲基异崁醇(2-MIB)、土臭素(geosmin)、β-环柠檬醛(β-cyclocitral)、β-紫罗兰酮(β-ionone)、2-异丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMP)、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)、三氯苯甲醚(TCA)等9种异味物质含量和TP、TN、藻密度、温度等环境指标，并对异味物质与TP、TN、藻密度、温度等环境因子进行相关性分析。

1 研究方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

7890 GC/5975C MS气相色谱质谱仪(美国Agilent捷伦公司)，配有DB-5ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱。MPS2多功能自动进样器(德国Gerstel公司)。固相微萃取纤维PDMS/DVB(65 μm)，美国Supelco公司。

1.1.2 试剂

土臭素和2-甲基异莰醇、2，4，6-三氯苯甲醚、2-异丙基-3-甲氧基吡嗪、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪标准值为100 mg/L，2，3，6-三氯苯甲醚为10 mg/L均购自Supelco公司。2，3，4-三氯苯甲醚(纯度99.5%)和2，4，6-三氯苯甲醚-D5(纯度99.5%，用作内标)购自Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。β-环柠檬醛 (纯度>90%)购自英国Alfa Aesar公司，β-紫罗兰酮(纯度96%)购自比利时ACROS公司。上述标准物质用甲醇配制(稀释)成ρ=100 μg/L的中间液。

甲醇(色谱纯)购自美国merk公司。氯化钠(优级纯)550℃烘干4 h。

1.2 异味物质及其他环境因子监测分析

水样为表层水(水下0.5 m)。水样中9种异味物质采用顶空固相微萃取气相色谱质谱法测定[7]；TP、TN、NH3-N等采用连续流动分析法测定；NO3--N采用紫外分光光度法测定；IMn采用酸性高锰酸钾法测定；藻密度、叶绿素a和水温采用YSI多功能水质参数测定；透明度采用塞氏盘法测定。

为保证数据质量，每月测定异味物质、TP、TN、NH3-N、NO3--N等参数时采用全程序空白测定、平行样测定、加标回收率实验等质量控制措施。

1.3 数据统计与相关性分析

对异味物质和环境因子的监测结果进行统计，分析其浓度变化趋势；并采用SPSS软件对异味物质与环境因子的相关性进行分析。

2 结果与分析

全年共采集水样(包括全程序空白和平行样)48个，获得监测数据768个，其中全程序空白、平行样等质控数据331个，均符合相关质控要求。

2.1 异味物质种类

对2个集中式饮用水源地9种异味物质的监测数据作统计分析，异味物质检出率及年均值见表1。

表1 苏州市区太湖饮用水源地异味物质检出率及年均值 ng/L

由表1可见，检出率最高的4种异味物质依次是β-环柠檬醛、2-甲基异崁醇、β-紫罗兰酮、土臭素等。其余5种物质检出率<10%。饮用水源地水体主要异味物质是β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、2-甲基异崁醇、土臭素，与文献[8]报道基本一致。比较各异味物质的年均值和嗅觉阈值，2-甲基异崁醇年均值是其嗅觉阈值的2.9倍，β-紫罗兰酮年均值略高于其嗅觉阈值，其余2种物质年均值低于嗅觉阈值。可见导致饮用水源地异味的主要物质是2-甲基异崁醇，水体异味表现为土霉味。

2.2 异味物质季节变化

苏州A、B 2个饮用水源地4种异味物质季节变化趋势见图1(a)(b)(c)(d)。

由图1可见，B饮用水源地土臭素和2-甲基异崁醇含量变化趋势基本一致，2013年有2个峰值，分别出现在春末夏初和夏季高温时期。其他异味物质质量浓度变化趋势均不同。B饮用水源地土霉味物质质量浓度高于A饮用水源地。

图1 A、B 2个水源地4种异味物质的季节变化

2.3 异味物质与环境因子相关性分析

2-甲基异崁醇和土臭素这2种最常见的土霉味物质微生物主要来源是放线菌和蓝藻[1]。蓝藻中颤藻(Oscillatoria)、席藻(Phormidium)、鱼腥藻(Anabaena)等种属均能产生2-甲基异崁醇和土臭素[9]。β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮是球状蓝藻尤其是微囊藻属体内β-胡萝卜素氧化得来的代谢产物[10-11]。藻类在生长期代谢产生的异味物质大部分储藏在细胞内，少量会分泌到水中。藻类在静止期、衰老期和细胞受损时，胞内异味物质会大量释放出来[9]。

水温、光照、营养盐等许多环境因子影响藻类和放线菌等微生物的生长[12-13]，同时影响其产生异味物质的能力。A、B 2个饮用水源地4种异味物质浓度与藻密度、叶绿素a、TP、TN等环境因子相关性分析结果见表2、3。

太湖浮游植物种群丰富，已鉴定出主要藻种包括蓝藻门的微囊藻、鱼腥藻、颤藻；硅藻门的直链藻；绿藻门的盘星藻、栅藻等[14-15]。其中夏季蓝藻优势种为微囊藻。文献[10-11]认为微囊藻能产生环柠檬醛和紫罗兰酮，不产生2-甲基异莰醇和土臭素[11，15]。A饮用水源地紫罗兰酮与叶绿素a正相关，B饮用水源地β-环柠檬醛与藻密度明显正相关的结果，验证了微囊藻能产生β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮的结论。而 2-甲基异莰醇和土臭素与藻密度和叶绿素a均无明显相关性，亦与微囊藻不产生2-甲基异莰醇和土臭素的结论一致。文献报道的蓝藻门中能产生2-甲基异莰醇和土臭素的颤藻、席藻和鱼腥藻等在水源地均有检出，可以推断这些种属对2-甲基异莰醇和土臭素均有贡献。

表2 A水源地4种异味物质之间及其和环境因子的相关性分析结果①

①*P<0.05水平显著相关； **P<0. 01 水平显著相关。

表3 B水源地四种异味物质之间及其和环境因子的相关性分析结果①

① *P<0.05 水平显著相关； **P<0.01水平显著相关。

文献[16]发现台湾Feng-Shen水库中2-甲基异莰醇与水温及气温显著相关。文献[17]对Hinze水库调查研究也发现土臭素的浓度与温度有正相关性；文献[4]对美国Arizona州3个水库异味物质调查结果表明，2-甲基异莰醇和土臭素浓度从春季到夏末呈上升趋势，冬季时水中2-甲基异莰醇浓度降至检出限以下。A、B 2个集中式饮用水源地2-甲基异莰醇、B饮用水源地土臭素、A饮用水源地环柠檬醛均与水温正相关。可见水温是影响2-甲基异莰醇、土臭素、环柠檬醛等异味物质浓度的重要因素之一。水温升高，促进水中产生的菌类藻类生长、代谢和释放2-甲基异莰醇及土臭素等异味物质，导致水体产生土霉味等水体异味问题。

2-甲基异莰醇和土臭素浓度B饮用水源地明显高于A饮用水源地，这两种异味物质与透明度、溶解氧呈现出一定的相关性：2-甲基异莰醇与透明度正相关，2-甲基异莰醇、土臭素与溶解氧负相关。表明这两种异味物质与水体中自养生物有一定的相关性。

上述异味物质与TP、TN、IMn、NO3--N等环境因子均无明显相关性，与文献[16]研究台湾Feng-Shen水库中2-甲基异莰醇与环境因子无相关性的结论一致。其原因一方面可能是水体中异味物质浓度受多种因素影响，如微生物生产量，微生物及光降解速率，颗粒物吸附沉降，波浪干扰及异味物质本身的挥发等因素。因此检测到的异味物质的浓度，是实际产生量和环境因素共同作用的结果。另一方面，N、P等营养元素浓度变化与藻类、菌类等微生物的生长不一定同步，可能是微生物生长存在滞后或者受其他水质因素综合作用的结果。

3 结论

苏州太湖A、B 2个集中式饮用水源地检出的异味物质主要有β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、2-甲基异崁醇、土臭素等4种。其中2-甲基异崁醇年均值高于嗅觉阈值2倍，使得水体有土霉味。根据异味物质与环境因子相关性分析结果及相关文献分析，微囊藻等藻类对环柠檬醛和紫罗兰酮有明显贡献；蓝藻门中颤藻、鱼腥藻、席藻等对2-甲基异崁醇和土臭素均有贡献。水温是影响异味物质的重要因素。异味物质来源有待进一步研究。

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Off-flavor Compounds in Drinking Water Sources of Taihu in Suzhou and Their Correlations with Environmental Factors

QIN Hong-bing；ZHANG Xiao-yun；FAN Ling; GU Hai-dong

(SuzhouEnvironmentalMonitoringCenter，Suzhou，Jiangsu215000，China)

Nine off-flavor compounds， and several environmental factors such as TP， TN， water temperature， and algal density et al. in drinking water sources of Taihu in Suzhou were measured monthly in 2013. The main off-flavor compounds were 2-methylisoborneol (2-MIB)， geosmin，β-cyclocitral， and β-ionone. Annual average concentration of 2-MIB was 2.9 times of its odor threshold value， which caused earthy odor of the water. According to correlation analysis between off-flavor compounds and environmental factors， and together with discussion from related literature， water temperature was one of the main factors affecting concentration of off-flavor compounds. Microcystis contributed obviously to the occurrence of β-cyclocitral and β-ionone.

Drinking water source；Off-flavor compounds；Environmental factors；Taihu in Suzhou

2015-12-05；

2015-12-30

苏州市社会发展科技支撑基金资助项目(SS201243)

秦宏兵(1974—)，男，高级工程师，硕士，研究方向为环境有机污染物监测。

X524

B

1674-6732(2016)03-0038-05