水环境嗅味问题及控制技术.doc

水环境嗅味问题及控制技术嗅味是广大消费者用来判断饮用水水质优劣的重要依据，水体异味往往容易引起消费者的恐慌和对水质的怀疑，甚至会将异味较重的水视为不安全而拒绝饮用。我国许多城市的饮用水中均存在口感不好或明显异味的问题，而随着消费者对饮用水质量要求的提高，此类问题引起了广泛的关注。近年来国内科研单位以及供水行业部门对水中异味问题开始进行了较多的研究，然而与国外相比研究起步较晚，如何有效解决水中嗅味问题已成为供水行业所面临的一个严峻挑战。1 嗅味的化学基础现在研究中最为普遍关注的臭味化合物，主要包括土臭素，2-甲基异莰醇，2-异丙基-甲氧基吡嗦，2-异丁基-甲氧基吡嗦等，其中以土臭素（Geosmin）和2-甲基异莰醇（2-Methyl Isoborneol， 2-MIB）为主，他们的化学结构如下所示，他们产生主要气味是霉臭，樟脑味，药味等等，其臭阈值一般在ng/L级别。 Geosmin 2-MIB目前尚无报道发现Geosmin和2-MIB对生物致死的现象，但是它们对生物体可能存在一定的影响。目前，日本是世界上唯一一个将Geosmin和2-MIB列入饮用水指标的国家，规定饮用水中Geosmin和2-MIB的浓度最高为10ng/L。我国的生活饮用水卫生标准附录A中也将Geosmin和2-MIB列入生活饮用水水质参考指标，并规定其限值均为10ng/L。此外，还有一类硫醇，硫醚类化合物，也是臭味的主要来源之一，常见的有硫醇（CH3SH），硫醚（CH3SCH3），二甲基三硫醚（CH3SSSCH3）等，他们产生的主要气味是蔬菜腐败的气味，其臭阈值一般在ug/L级别。2 嗅味的来源土臭素和2-甲基异莰醇是放线菌和蓝绿藻的二级代谢物, 具有挥发性。现已发现有22种放线菌、15种蓝藻、2种真菌、1种粘液性细菌可生成Geosmin，在含有土霉味的鱼肉中也可得到Geosmin；2-甲基异莰醇具有土霉味, 可由几种链霉菌, 16种放线菌、4种蓝藻所产生，纯品是一种白色固体结晶。当这两种半挥发物质在水中浓度超过其嗅阈值时, 人们就会闻到土味、霉味。水中的硫醇硫醚主要来源于含蛋白质废水的降解，以及来源于藻类死亡后二甲基磺酸丙酯的降解。3 嗅味的处理3.1 常规水处理工艺采用常规的给水处理工艺很难去除水中的霉臭味，国外有文献报道原水经混凝沉淀过滤后, 出水Geosmin的去除率为11.5%，2-MIB去除率为20.7%。武汉团山水厂现有工艺(预氯化混凝接触过滤) 对Geosmin 的去除率只有22.7% 。而采用预氯化混凝气浮过滤工艺的东湖水厂原水其Geosmin去除率达65.7%。可见采用过滤工艺的去除率较低, 而气浮工艺去除率相对较高。上海市某水厂的常规工艺对Geosmin和2-MIB具有一定的去除效果, 约为20%左右，但去除效果存在一定的波动性，说明常规工艺对嗅味物质的去除效果不稳定。同样也有文献报道常规工艺对硫醇硫醚的去除率也很低，2007年太湖水危机期间，无锡的中桥水厂等也采用常规工艺，但硫醇硫醚的去除率相当低，无法满足市民饮水的需要。3.2 吸附处理3.2.1 粉末活性炭( PAC)吸附在澳大利亚，PAC是用于去除嗅味物质的主要方法，因为其相对廉价，可根据需要灵活应用，并可在水厂处理流程的不同点使用。PAC和高锰酸钾联用对Geosmin和2-MIB的去除有更好的效果。文献报道用高锰酸钾和粉末活性炭联用处理有土腥味和霉烂味的原水。高锰酸钾的氧化作用和高锰酸钾被还原后的新生态二氧化锰的吸附作用对去除Geosmin和2-MIB有主要贡献。高锰酸钾和PAC对二者的去除具有协同作用。l mg/L 的高锰酸钾和10 mg/L的粉末活性炭联用时平均去除率可以达到92%以上。3.2.2颗粒活性炭(GAC)吸附PAC需要的资金投入小, 应用起来具有灵活性。当为解决嗅味问题须长期持续使用PAC时，PAC的投加量必须随Geosmin和2-MIB浓度的变化而变化, 因此供给速率不易控制, 这时使用GAC较为经济。GAC上附着了生物膜形成生物活性炭(BAC) 与臭氧联用后, 通过臭氧的氧化、活性炭的吸附和微生物的代谢作用强化了对Geosmin和2-MIB的去除。3.2.3 沸石吸附文献报道用高硅沸石作为去除Geosmin和2-MIB的吸附剂。10 mg/L 的粉末沸石对蒸馏水中Geosmin去除率为84% ，2-MIB去除率为26%。臭氧和沸石的联合使用可加强2-MIB 的降解。文献报道没有沸石存在的情况下, 停留时间4 min臭氧浓度为7 mg/L时，只有20%的2-MIB被降解。而在沸石存在的情况下, 臭氧浓度仅为0.07 mg/L时就在12s内降解了75%的2-MIB。3.3 氧化剂氧化文献表明, Geosmin和2-MIB具有抗氧化作用。20 mg/L的Cl2 在16 h的接触时间内对120 ng/L的Geosmin有25%的去除率。4mg/L的ClO2在相同的接触时间内有60%的去除率。高达50mg/L的高锰酸钾在2 h 的接触时间内不能氧化Geosmin。相对于其他氧化剂来说, 臭氧对Geosmin和2-MIB的氧化较为有效。研究证明Geosmin和2-MIB 的臭氧氧化主要通过OH起作用，并且水中天然有机物(NOM) 的存在对两种物质的氧化可起重要作用。在研究Geosmin和2-MIB的臭氧氧化中，纯水中, 高达8 mg/L的臭氧只能氧化不到30%的Geosmin和2-MIB。而25 mg/L的臭氧可降解天然水体中75%100%的Geosmin和2-MIB，这些结果表明基质作用很重要, 因为水中含有NOM可激发OH的形成。清华大学张晓健教授研究表明，各类硫醇硫醚等致臭物质是以采用氧化，而不适宜用吸附技术去除，在实际水厂工艺中可采用高锰酸钾或者臭氧作为预处理氧化剂来去除硫醇硫醚等致臭物质。3.4 光催化氧化在合适的反应条件下, 有机物经光催化氧化的最终产物是二氧化碳和水等无机物，所以该方法可能会使Geosmin和2-MIB完全矿化。文献报道用TiO2 作催化剂光降解浓度均为2.00ug/L 的Geosmin和2-MIB, 取20 mL 溶液放入薄壁玻璃瓶中加入1%的TiO2 , 样品持续搅拌并在空气中用280 W 的氙灯照射。Geosmin在15 min时就有大于90%的去除率, 到60 min 时Geosmin和2-MIB有99%的去除率，两种物质浓度越大降解速率越大，降解过程符合一级反应动力学。3.5 生物方法国外比较广泛采用的主要是地下渗滤和生物膜法，国内尚未见报道。地下渗滤在德国、瑞典、法国等国家被采用，国内尚未见报道，水通过地下沙层，嗅味物质与其中含有的各种微生物进行反应，此外还有过滤、吸附作用和化学反应等，此工艺常作为传统处理的预处理或者后处理。生物膜是在反应器内填充颗粒填料，常用的填料包括颗粒活性炭、陶粒、砂和沸石。经过充氧的水以一定的速度流经填料层, 水流中的微生物不断附着在填料表面, 逐渐生长覆盖填料表面, 形成生物膜, 生物膜以水流中的有机物和无机物为基质, 通过微生物的自身生命活动氧化、还原、合成等过程，使水中嗅味污染物得到降解和去除。4嗅味测试4.1 Triangle Odor Test（气味三角测试）1 Each set contains 3 vials: A,B,C（每一组有三个瓶子，A，B，C）2 Work with a complete set: start with A, then B, then C（从A开始，然后B，然后C）3 Open each vial, sniff, close the vial.（打开瓶子，闻一下，关闭瓶子）4 Choose the “different” sample and record the number. （找出不同的样品）5 Describe the odor of the different sample.（描述不同的样品）4.2 Flavor Rating Assessment（分级评价味道）The following scale is used to rate the flavor:（下列语句可用于评价水的味道等级）1 I would be very happy to accept this water as my everyday drinking water.2 I would be happy to accept this water as my everyday drinking water.3 I am sure that I could accept this water as my everyday drinking water.4 I could accept this water as my everyday drinking water.5 Maybe I could accept this water as my everyday drinking water.6 I dont think I could accept this water as my everyday drinking water.7 I could not accept this water as my everyday drinking water.8 I could never drink this water.9 I cant stand this water in my mouth and I could never drink it.Triangle Odor Test and Odor Description（气味三角测试以及气味描述）Set # of “Different” SampleOdor of “Different” Sample瓶号不同的样品号不同样品的描述A B CFlavor Rating Assessment（分级评价味道）You have been given one glass of water.（你有一杯水）Please drink water and rate it according to the Flavor Rating Assessment(FRA)（请喝水，并且按照分级评价标准进行评价）_1 I would be very happy to accept this water as my everyday drinking water.2 I would be happy to accept this water as my everyday drinking water.3 I am sure that I could accept this water as my everyday drinking water.4 I could accept this water as my everyday drinking water.5 Maybe I could accept this water as my everyday drinking water.6 I dont think I could accept this water as my everyday drinking water.7 I could not accept this water as my everyday drinking water.8 I could never drink this water.9