飲用水的異味問(wèn)題和去除技術(shù)的研究
隨著天然水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的加劇和工業(yè)農(nóng)業(yè)向水體排放污染物量的增加,導(dǎo)致飲用水異味問(wèn)題越來(lái)越普遍，引起人們的廣泛關(guān)注。為此，本刊記者邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水質(zhì)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任楊敏教授對(duì)飲用水中致嗅味物質(zhì)的種類、來(lái)源及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行全面的介紹。
飲用水中異嗅味的存在不僅影響生活質(zhì)量，也會(huì)引起消費(fèi)者對(duì)飲用水水質(zhì)安全的疑慮。但我國(guó)對(duì)于飲用水嗅味問(wèn)題的關(guān)注剛剛開(kāi)始。水中致嗅物質(zhì)來(lái)源于兩大類，一類屬于人為因素產(chǎn)生的嗅味，主要是工農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)以及生活污水排入水體后直接產(chǎn)生；另一類屬于自然因素產(chǎn)生的嗅味，主要是水中某些微生物（藻類、浮游動(dòng)物、放線菌等）的代謝產(chǎn)物(如土嗅素和2-MIB等)以及水中有機(jī)物的厭氧分解產(chǎn)物(如硫醇、硫醚、硫化氫等)等所導(dǎo)致。
文獻(xiàn)調(diào)查可發(fā)現(xiàn)，我國(guó)太湖、巢湖、滇池、武漢東湖等湖庫(kù)型水源，以及黃浦江、黃河、淮河、灤河、東江等河流型水源，均有嗅味問(wèn)題的報(bào)道；國(guó)內(nèi)一些主要城市，如上海、北京、深圳、鄭州、天津、連云港、秦皇島、無(wú)錫等地的飲用水中均出現(xiàn)過(guò)一定程度的嗅味問(wèn)題；而在消費(fèi)者投訴的主要水質(zhì)問(wèn)題中，嗅味投訴占有很大一部分。2007年5月太湖水危機(jī)事件，自來(lái)水的嚴(yán)重異味影響了無(wú)錫市大部分市民的正常生活，引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。從我們實(shí)驗(yàn)室（即中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水質(zhì)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”）前期調(diào)查來(lái)看，魚(yú)腥味、腥臭味以及土霉味是我國(guó)飲用水中的主要嗅味問(wèn)題，無(wú)論河流還是湖庫(kù)型水源，2-甲基異莰醇在水源中廣泛檢出，而另一種土霉味物質(zhì)土臭素（geosmin）在部分湖庫(kù)水源中也有明顯檢出，這兩種物質(zhì)是季節(jié)性土霉味問(wèn)題的主要來(lái)源之一。另外，太湖、黃浦江、東江以及北江等水源中有較明顯的腥臭味，但主要原因物質(zhì)不明，實(shí)驗(yàn)室正在投入很大力氣開(kāi)展研究？傮w來(lái)看，嗅味問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)飲用水水質(zhì)的一個(gè)重要問(wèn)題。
然而，由于產(chǎn)生異嗅味的物質(zhì)都是水中一些極微量的物質(zhì)，如藻和放線菌產(chǎn)生的二甲基異茨醇（MIB）和土嗅素（Geosmin）在水中只要有10納克/升，人就能感覺(jué)得到，因此飲用水中異嗅味物質(zhì)的識(shí)別及其來(lái)源解析一直是一個(gè)難題。
我們實(shí)驗(yàn)室建立了將感官的FPA（嗅味層次分析法）技術(shù)與利用感官色譜質(zhì)譜（S-GC-MS）的儀器技術(shù)結(jié)合起來(lái)對(duì)嗅味物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別、確認(rèn)和分析的方法。利用這個(gè)方法，實(shí)驗(yàn)室在07年對(duì)發(fā)生嚴(yán)重異味的無(wú)錫自來(lái)水中的嗅味物質(zhì)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)無(wú)錫主要的致嗅物質(zhì)為二甲基三硫等硫醚類物質(zhì)。在上海供水監(jiān)測(cè)中心、國(guó)家工程中心及上海水司的合作下，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)培訓(xùn)班的形式在上海推廣應(yīng)用上述方法，為上海的水質(zhì)管理提供一些支持。08年做了一次，09年做了八期，將近有三百人參加了培訓(xùn)班。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還與北京市自來(lái)水集團(tuán)、北京首創(chuàng)、鄭州自來(lái)水公司等單位合作，為自來(lái)水行業(yè)培養(yǎng)大量嗅味鑒別技術(shù)人才。
上海飲用水中異味問(wèn)題由來(lái)已久。外地人到上海來(lái)，第一個(gè)感覺(jué)就是自來(lái)水具有很強(qiáng)烈的味道。實(shí)驗(yàn)室用FPA（嗅味層次分析法）評(píng)價(jià)的結(jié)果表明，黃浦江水主要有兩種異味，一種是土霉味，還有一種是腥臭味。但是，腥臭味比較重，因此土霉味在很大程度上被掩蓋了。利用感官色譜-質(zhì)譜進(jìn)行水質(zhì)分析后發(fā)現(xiàn)，黃埔江水含有一定量的MIB。實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)，MIB從7月份到8月份有一個(gè)非常顯著的上升。
同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，黃埔江里面存在顫藻，其他的藻非常少。而且水中顫藻數(shù)量的變化趨勢(shì)與MIB的增加趨勢(shì)非常一致。因此，可以認(rèn)為，黃浦江水的土霉味主要來(lái)源于MIB，而MIB主要是由顫藻產(chǎn)生的。
一般來(lái)說(shuō)，各種嗅味物質(zhì)都很難通過(guò)常規(guī)的水處理技術(shù)進(jìn)行去除。至今為止最主要的嗅味去除方法有兩個(gè)，一個(gè)是活性炭，一個(gè)是臭氧。實(shí)驗(yàn)室對(duì)活性炭做了大量的研究工作，發(fā)現(xiàn)不同的活性炭對(duì)MIB和geosmin的去除效果差別非常大，活性炭對(duì)這兩種物質(zhì)的去除效果與其微孔的體積呈現(xiàn)一個(gè)非常好的相關(guān)性，也就是說(shuō)，微孔體積越大的活性炭，其MIB和geosmin的吸附量也越大。同樣一個(gè)價(jià)格買下來(lái)的活性炭，其吸附效果可能差兩三倍。因此，在選擇活性炭時(shí)，可以以其微孔體積作為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。如果沒(méi)有條件，一定要事先進(jìn)行一些嗅味去除的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)室對(duì)黃埔江水的嗅味進(jìn)行了去除實(shí)驗(yàn)。在黃浦江水中添加MIB，使其含量達(dá)到200納克/升，但即使如此，水中的土霉味也沒(méi)有顯著的增強(qiáng)，主要可能是腥臭味的掩蓋。利用活性炭進(jìn)行的處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，20-30毫克/升的活性炭就有較好的去除效果。但是，活性炭先去除的是腥臭味，然后才是土霉味。
同時(shí)，利用臭氧氧化也可以有效去除嗅味，當(dāng)臭氧投加量達(dá)到2.8毫克/升時(shí)，就可以把原來(lái)的腥臭味和土霉味都基本上消除。
但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種新的味道，因?yàn)楹罄m(xù)的生物活性炭會(huì)對(duì)臭氧氧化的中間產(chǎn)物進(jìn)行分解。
目前，臭氧是在國(guó)際上得到認(rèn)可和被廣泛采用的一種飲用水深度處理技術(shù)，臭氧-活性炭聯(lián)用技術(shù)是通過(guò)臭氧的選擇性化學(xué)氧化和活性炭上的生物降解的巧妙結(jié)合，有效地進(jìn)行有機(jī)物、色度和異味的去除，是飲用水最有力的安全屏障。但是，利用臭氧技術(shù)的一個(gè)最大問(wèn)題是產(chǎn)生致癌物溴酸的問(wèn)題。當(dāng)水中存在一定濃度溴離子時(shí)，在臭氧氧化過(guò)程中就有產(chǎn)生溴酸的可能。新的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，溴酸根含量不得超過(guò)10微克/升。因此，溴酸的控制是一項(xiàng)非常重要的工作。
目前我國(guó)沿海地帶的水廠需要對(duì)溴酸問(wèn)題給予高度的關(guān)注，因?yàn)楹Ｋ写嬖?0-70mg/L的溴離子，通過(guò)海水倒灌、滲透等過(guò)程部分溴離子會(huì)進(jìn)入飲用水水源。
實(shí)驗(yàn)室建立了一種用于確定水源溴酸生成勢(shì)的方法，并利用該方法對(duì)全國(guó)的一些代表性水源進(jìn)行了評(píng)價(jià)。我們發(fā)現(xiàn)，很多水源在正常的臭氧投加量下都有溴酸鹽超標(biāo)的可能。但是，奇怪的是，盡管黃埔江水中溴離子含量高達(dá)200-300微克/升，其該水源的溴酸生成勢(shì)卻非常低，只有臭氧投加量增加到5.7毫克/升時(shí)，水中才產(chǎn)生很低濃度的溴酸。因此，就目前黃埔江水來(lái)說(shuō)，臭氧深度處理技術(shù)帶來(lái)的溴酸鹽超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)非常低。但是這中間會(huì)不會(huì)有其他的問(wèn)題，還需要進(jìn)一步研究。當(dāng)然，對(duì)于溴酸生成勢(shì)高的水源，實(shí)驗(yàn)室也在研究如何控制溴酸鹽超標(biāo)的問(wèn)題，并取得了一些進(jìn)展。
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