秦宏兵，張曉赟，范苓，顧海東

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215000)

·解析評(píng)價(jià)·

蘇州市太湖飲用水源地異味物質(zhì)種類及其與環(huán)境因子相關(guān)性分析

秦宏兵，張曉赟，范苓，顧海東

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215000)

于2013年每月測(cè)定了蘇州太湖飲用水源地9種異味物質(zhì)含量及TP、TN、水溫、藻密度等指標(biāo)，結(jié)果表明，蘇州太湖飲用水源地主要檢出的異味物質(zhì)有2-甲基異崁醇、土臭素、β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮等4種。2-甲基異崁醇年均值是其嗅覺閾值的2.9倍，水體主要表現(xiàn)為土霉味。根據(jù)異味物質(zhì)與環(huán)境因子相關(guān)性分析結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn)討論，水溫是影響異味物質(zhì)含量的重要因素。微囊藻等藻類對(duì)β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮有明顯貢獻(xiàn)。

飲用水源地；異味物質(zhì)；環(huán)境因子; 蘇州太湖

富營(yíng)養(yǎng)化水體中由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過剩，淡水生態(tài)系統(tǒng)平衡遭到破壞，造成一些藻類、菌類生物群落生長(zhǎng)過剩。這些藻類、菌類不斷分泌和釋放各種具有異味的次生代謝產(chǎn)物，導(dǎo)致水體產(chǎn)生土腥味、霉味、煙草味等異味(off-flavor)，影響供水品質(zhì)。2-甲基異崁醇和土臭素是最常見的導(dǎo)致水體土霉味物質(zhì)，主要來源于放線菌、細(xì)菌和藍(lán)藻硅藻等浮游藻類代謝產(chǎn)物[1]。β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮是球狀藍(lán)藻尤其是微囊藻等藻類體內(nèi)β-胡蘿卜素氧化產(chǎn)物，導(dǎo)致水體產(chǎn)生煙草味和紫羅蘭香味等異味[2]。此外吡嗪類物質(zhì)和三氯代苯甲醚也是導(dǎo)致水體土霉味的物質(zhì)。人類對(duì)這些異味物質(zhì)的嗅覺閾值很低，水體中ng/L級(jí)質(zhì)量濃度水平的異味物質(zhì)就能導(dǎo)致水體產(chǎn)生異味。很多國(guó)家和地區(qū)都有水體異味問題的報(bào)道[3-6]。

蘇州太湖飲用水源地處于太湖東部沿岸地區(qū)，處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化水平。現(xiàn)于2013年對(duì)蘇州A，B 2個(gè)集中式生活飲用水源地異味物質(zhì)開展調(diào)查，測(cè)定水體中2-甲基異崁醇(2-MIB)、土臭素(geosmin)、β-環(huán)檸檬醛(β-cyclocitral)、β-紫羅蘭酮(β-ionone)、2-異丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMP)、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)、三氯苯甲醚(TCA)等9種異味物質(zhì)含量和TP、TN、藻密度、溫度等環(huán)境指標(biāo)，并對(duì)異味物質(zhì)與TP、TN、藻密度、溫度等環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析。

1 研究方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

7890 GC/5975C MS氣相色譜質(zhì)譜儀(美國(guó)Agilent捷倫公司)，配有DB-5ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱。MPS2多功能自動(dòng)進(jìn)樣器(德國(guó)Gerstel公司)。固相微萃取纖維PDMS/DVB(65 μm)，美國(guó)Supelco公司。

1.1.2 試劑

土臭素和2-甲基異莰醇、2，4，6-三氯苯甲醚、2-異丙基-3-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪標(biāo)準(zhǔn)值為100 mg/L，2，3，6-三氯苯甲醚為10 mg/L均購(gòu)自Supelco公司。2，3，4-三氯苯甲醚(純度99.5%)和2，4，6-三氯苯甲醚-D5(純度99.5%，用作內(nèi)標(biāo))購(gòu)自Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。β-環(huán)檸檬醛 (純度>90%)購(gòu)自英國(guó)Alfa Aesar公司，β-紫羅蘭酮(純度96%)購(gòu)自比利時(shí)ACROS公司。上述標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用甲醇配制(稀釋)成ρ=100 μg/L的中間液。

甲醇(色譜純)購(gòu)自美國(guó)merk公司。氯化鈉(優(yōu)級(jí)純)550℃烘干4 h。

1.2 異味物質(zhì)及其他環(huán)境因子監(jiān)測(cè)分析

水樣為表層水(水下0.5 m)。水樣中9種異味物質(zhì)采用頂空固相微萃取氣相色譜質(zhì)譜法測(cè)定[7]；TP、TN、NH3-N等采用連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定；NO3--N采用紫外分光光度法測(cè)定；IMn采用酸性高錳酸鉀法測(cè)定；藻密度、葉綠素a和水溫采用YSI多功能水質(zhì)參數(shù)測(cè)定；透明度采用塞氏盤法測(cè)定。

為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，每月測(cè)定異味物質(zhì)、TP、TN、NH3-N、NO3--N等參數(shù)時(shí)采用全程序空白測(cè)定、平行樣測(cè)定、加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)等質(zhì)量控制措施。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與相關(guān)性分析

對(duì)異味物質(zhì)和環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其濃度變化趨勢(shì)；并采用SPSS軟件對(duì)異味物質(zhì)與環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

全年共采集水樣(包括全程序空白和平行樣)48個(gè)，獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)768個(gè)，其中全程序空白、平行樣等質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)331個(gè)，均符合相關(guān)質(zhì)控要求。

2.1 異味物質(zhì)種類

對(duì)2個(gè)集中式飲用水源地9種異味物質(zhì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)分析，異味物質(zhì)檢出率及年均值見表1。

表1 蘇州市區(qū)太湖飲用水源地異味物質(zhì)檢出率及年均值 ng/L

由表1可見，檢出率最高的4種異味物質(zhì)依次是β-環(huán)檸檬醛、2-甲基異崁醇、β-紫羅蘭酮、土臭素等。其余5種物質(zhì)檢出率<10%。飲用水源地水體主要異味物質(zhì)是β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅蘭酮、2-甲基異崁醇、土臭素，與文獻(xiàn)[8]報(bào)道基本一致。比較各異味物質(zhì)的年均值和嗅覺閾值，2-甲基異崁醇年均值是其嗅覺閾值的2.9倍，β-紫羅蘭酮年均值略高于其嗅覺閾值，其余2種物質(zhì)年均值低于嗅覺閾值?？梢妼?dǎo)致飲用水源地異味的主要物質(zhì)是2-甲基異崁醇，水體異味表現(xiàn)為土霉味。

2.2 異味物質(zhì)季節(jié)變化

蘇州A、B 2個(gè)飲用水源地4種異味物質(zhì)季節(jié)變化趨勢(shì)見圖1(a)(b)(c)(d)。

由圖1可見，B飲用水源地土臭素和2-甲基異崁醇含量變化趨勢(shì)基本一致，2013年有2個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在春末夏初和夏季高溫時(shí)期。其他異味物質(zhì)質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)均不同。B飲用水源地土霉味物質(zhì)質(zhì)量濃度高于A飲用水源地。

圖1 A、B 2個(gè)水源地4種異味物質(zhì)的季節(jié)變化

2.3 異味物質(zhì)與環(huán)境因子相關(guān)性分析

2-甲基異崁醇和土臭素這2種最常見的土霉味物質(zhì)微生物主要來源是放線菌和藍(lán)藻[1]。藍(lán)藻中顫藻(Oscillatoria)、席藻(Phormidium)、魚腥藻(Anabaena)等種屬均能產(chǎn)生2-甲基異崁醇和土臭素[9]。β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮是球狀藍(lán)藻尤其是微囊藻屬體內(nèi)β-胡蘿卜素氧化得來的代謝產(chǎn)物[10-11]。藻類在生長(zhǎng)期代謝產(chǎn)生的異味物質(zhì)大部分儲(chǔ)藏在細(xì)胞內(nèi)，少量會(huì)分泌到水中。藻類在靜止期、衰老期和細(xì)胞受損時(shí)，胞內(nèi)異味物質(zhì)會(huì)大量釋放出來[9]。

水溫、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽等許多環(huán)境因子影響藻類和放線菌等微生物的生長(zhǎng)[12-13]，同時(shí)影響其產(chǎn)生異味物質(zhì)的能力。A、B 2個(gè)飲用水源地4種異味物質(zhì)濃度與藻密度、葉綠素a、TP、TN等環(huán)境因子相關(guān)性分析結(jié)果見表2、3。

太湖浮游植物種群豐富，已鑒定出主要藻種包括藍(lán)藻門的微囊藻、魚腥藻、顫藻；硅藻門的直鏈藻；綠藻門的盤星藻、柵藻等[14-15]。其中夏季藍(lán)藻優(yōu)勢(shì)種為微囊藻。文獻(xiàn)[10-11]認(rèn)為微囊藻能產(chǎn)生環(huán)檸檬醛和紫羅蘭酮，不產(chǎn)生2-甲基異莰醇和土臭素[11，15]。A飲用水源地紫羅蘭酮與葉綠素a正相關(guān)，B飲用水源地β-環(huán)檸檬醛與藻密度明顯正相關(guān)的結(jié)果，驗(yàn)證了微囊藻能產(chǎn)生β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮的結(jié)論。而 2-甲基異莰醇和土臭素與藻密度和葉綠素a均無明顯相關(guān)性，亦與微囊藻不產(chǎn)生2-甲基異莰醇和土臭素的結(jié)論一致。文獻(xiàn)報(bào)道的藍(lán)藻門中能產(chǎn)生2-甲基異莰醇和土臭素的顫藻、席藻和魚腥藻等在水源地均有檢出，可以推斷這些種屬對(duì)2-甲基異莰醇和土臭素均有貢獻(xiàn)。

表2 A水源地4種異味物質(zhì)之間及其和環(huán)境因子的相關(guān)性分析結(jié)果①

①*P<0.05水平顯著相關(guān)； **P<0. 01 水平顯著相關(guān)。

表3 B水源地四種異味物質(zhì)之間及其和環(huán)境因子的相關(guān)性分析結(jié)果①

① *P<0.05 水平顯著相關(guān)； **P<0.01水平顯著相關(guān)。

文獻(xiàn)[16]發(fā)現(xiàn)臺(tái)灣Feng-Shen水庫(kù)中2-甲基異莰醇與水溫及氣溫顯著相關(guān)。文獻(xiàn)[17]對(duì)Hinze水庫(kù)調(diào)查研究也發(fā)現(xiàn)土臭素的濃度與溫度有正相關(guān)性；文獻(xiàn)[4]對(duì)美國(guó)Arizona州3個(gè)水庫(kù)異味物質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，2-甲基異莰醇和土臭素濃度從春季到夏末呈上升趨勢(shì)，冬季時(shí)水中2-甲基異莰醇濃度降至檢出限以下。A、B 2個(gè)集中式飲用水源地2-甲基異莰醇、B飲用水源地土臭素、A飲用水源地環(huán)檸檬醛均與水溫正相關(guān)?？梢娝疁厥怯绊?-甲基異莰醇、土臭素、環(huán)檸檬醛等異味物質(zhì)濃度的重要因素之一。水溫升高，促進(jìn)水中產(chǎn)生的菌類藻類生長(zhǎng)、代謝和釋放2-甲基異莰醇及土臭素等異味物質(zhì)，導(dǎo)致水體產(chǎn)生土霉味等水體異味問題。

2-甲基異莰醇和土臭素濃度B飲用水源地明顯高于A飲用水源地，這兩種異味物質(zhì)與透明度、溶解氧呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性：2-甲基異莰醇與透明度正相關(guān)，2-甲基異莰醇、土臭素與溶解氧負(fù)相關(guān)。表明這兩種異味物質(zhì)與水體中自養(yǎng)生物有一定的相關(guān)性。

上述異味物質(zhì)與TP、TN、IMn、NO3--N等環(huán)境因子均無明顯相關(guān)性，與文獻(xiàn)[16]研究臺(tái)灣Feng-Shen水庫(kù)中2-甲基異莰醇與環(huán)境因子無相關(guān)性的結(jié)論一致。其原因一方面可能是水體中異味物質(zhì)濃度受多種因素影響，如微生物生產(chǎn)量，微生物及光降解速率，顆粒物吸附沉降，波浪干擾及異味物質(zhì)本身的揮發(fā)等因素。因此檢測(cè)到的異味物質(zhì)的濃度，是實(shí)際產(chǎn)生量和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。另一方面，N、P等營(yíng)養(yǎng)元素濃度變化與藻類、菌類等微生物的生長(zhǎng)不一定同步，可能是微生物生長(zhǎng)存在滯后或者受其他水質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。

3 結(jié)論

蘇州太湖A、B 2個(gè)集中式飲用水源地檢出的異味物質(zhì)主要有β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅蘭酮、2-甲基異崁醇、土臭素等4種。其中2-甲基異崁醇年均值高于嗅覺閾值2倍，使得水體有土霉味。根據(jù)異味物質(zhì)與環(huán)境因子相關(guān)性分析結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn)分析，微囊藻等藻類對(duì)環(huán)檸檬醛和紫羅蘭酮有明顯貢獻(xiàn)；藍(lán)藻門中顫藻、魚腥藻、席藻等對(duì)2-甲基異崁醇和土臭素均有貢獻(xiàn)。水溫是影響異味物質(zhì)的重要因素。異味物質(zhì)來源有待進(jìn)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

蘇州市社會(huì)發(fā)展科技支撐基金資助項(xiàng)目(SS201243)

秦宏兵(1974—)，男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)。

X524

B

1674-6732(2016)03-0038-05