饮用水中嗅味物质—土臭素和二甲基异冰片去除技术
陈蓓蓓, 高乃云, 马晓雁, 徐　斌
(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海　200092)
　　摘要: 本文介绍了引起饮用水臭味的痕量污染物土臭( geosmin, GSM) 和二甲基异冰片(22methylisoborneol, MB)的来源和危害, 分析了吸附、臭氧氧化、光催化氧化、生物氧化等工艺对它们的去除效果。针对原水中不同种类和不同浓度的嗅味物质, 应采取不同的处理工艺, 达到良好的处理效果, 满足居民对水质的要求。
关　键　词: 饮用水处理技术; 嗅味物质; 土臭素; 2–甲基异冰片
中图分类号: X703　　　　文献标识码:A　　　　文章编号: 100123644 (2007) 0320087207
1　前　言
　　不良嗅味是国内外饮用水处理中常见的问题,虽然其对人体健康的影响尚不明确, 但它降低了饮用水的质量, 引起了用户的抱怨及对水质的怀疑。
饮用水的嗅味主要包括土霉味、鱼腥味、芳香臭和青草味等, 嗅味物质以引起土霉味的土臭素和二甲基异冰片最为常见。嗅味物质在饮用水中大多以ng/L的浓度存在, 常规工艺对其去除能力有限,选择适当的深度处理工艺对其进行去除一直是水处理工作者关心的问题。
土臭素( geosmin) 和二甲基异冰片(MB )均为饱和环叔醇类物质, 是放线菌和蓝绿藻的二级
代谢物, 具有挥发性。土臭素是一种中性油, 其嗅
阈值极低。因土臭素而引起的气味问题几乎遍及世界各地, 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GSM, 在含有土霉味的鱼肉中也可得到GSM, 其在鱼肉中的味阈值为0.6 g/100 g鱼肉; 二甲基异冰片具有樟脑/土霉味, 可由几种链霉菌, 16种放线菌、4种蓝藻所产生, 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。表1列出了这两种嗅味物质的一些物理和化学性质指标。
国内有关异嗅物质的研究较少, 中科院曾对我国武汉东湖水体中GSM和MB 进行了调查,结果GSM为0～313 ng/L, MB 为10～317 ng/L,且MB为东湖水体产生土霉味的主要成分, 在嗅味发生的高峰期其浓度高出其嗅味阈值的十几倍。
本课题组对上海市饮用水水源痕量污染物短期调查中发现, 黄浦江原水中存在一定浓度的GSM 和MB, 且GSM的含量高于MB 的含量。调查周期内11、12月份异嗅物质的浓度较高, MB最高时

达到7177 ng/L, GSM达到18135 ng/L, GSM的含量超出了其嗅阈值。
随着人民生活水平的提高, 改善饮用水水质,控制和去除饮用水中GSM和MB已成为目前水处理领域研究的热点, 同时也是为确保饮用水安全而亟待解决的问题之一。本文综述了有效去除MB和GSM的饮用水处理技术, 以期为此类物质的去除提供一定的指导。
2　处理技术
2.1　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, Youngsun Kim中试研究表明, 原水经混凝—沉淀—过滤后, 出水GSM降至13.8 ng/L 去除率为11.5% , MB 降至65 ng/L 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GSM 的去除率只有22.7% , 滤后水为72.85 ng/L; 而采用预氯化—混凝—气浮—过滤工艺的东湖水厂原水GSM为37 ng/L, 处理后出水为
13 ng/L, 去除率达6517%。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, 但常规的给水处理工艺难以使以东湖水为水源的给水厂出厂水中GSM含量降至10 ng/L 以下。上海市某水厂的常规工艺对GSM和MB具有一定的去除效果, 约为20%左右; 且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。
2.2　吸附处理
2.2.1　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用于缓解嗅味问题, 受活性炭种类、PAC投加位置和投加量、混凝剂投加量、原水水质如浑浊度、水中天然有机物(NOM) 的浓度和性质的影响。
(1) 活性炭种类的影响。有研究发现木质活性炭对MB的吸附不如椰壳炭和煤质炭, 这与活性炭的孔结构、孔径分布、表面的化学性质有关 。
(2) PAC投加位置和投加量的影响。PAC最普遍的投加位置是在混凝的快速混合阶段, 因为这可使PAC与剩余污泥一起处置。但PAC的最佳投加点是在沉淀池进口, 因为这时水中的胶体颗粒已形成小矾花, 减小了粉末活性炭被矾花包裹的可能性, 此时水中大分子有机物大部分被絮凝或被絮体吸附, 有利于粉末活性炭和水中剩余有机物的接触吸附, 充分发挥粉末活性炭的效能。S2W Jung等发现PAC投加量越大GSM 和MB的去除率越高, 一定浓度的PAC对二者的去除率与原水中二者的初始浓度不甚相关。GSM初始浓度为106 ～220 ng/L 时, 30 mg/L 的PAC对
GSM去除率为87.3% ～70.4% , 只有初始浓度为44 ng/L时, 5 mg/L的PAC对GSM的去除率明显高于其他初始浓度的去除率。M B 浓度为112 ～158 ng/L时, 30 mg/L 的PAC对M IB 的去除率为61.5% ～48.8% , 50 mg/L 的PAC对MB 的去除还不到70%。
(3) 混凝剂投加量、浑浊度的影响。当铝盐剂量增加时, M IB的去除量下降。同时, 浑浊度的存在也会降低MB 的去除量。去除效果与絮体的尺寸和密实度有关, 在浑浊度存在和铝盐剂量增加的情况下絮体尺寸和密实度随之增加。PAC颗粒结合到大絮体中, 减少了与水的混合效率和MB分子的扩散动力。
(4) NOM浓度和性质的影响。在天然水体中, 从ng/L 到μg/L 的溶解性低分子量憎水型有机物( < 400 Da) 和mg/L 的天然有机物( > 400 Da)都会改变吸附等温线, 降低MB 的吸附容量。尤其是与MB 有相似性质和结构, 均为低分子量、低UV吸光值和色度、高脂肪族的性质、相对低的羧基和氧含量的物质, 可直接与MB 竞争活性炭中的吸附位。
PAC和高锰酸钾联用对GSM和MB的去除有更好的效果。吴德好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GSM和M IB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。
2.2.2　颗粒活性炭(GAC) 的吸附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GSM和MB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。在合理的设计和维护之下, GAC吸附剂可在嗅味物质浓度较低的情况下运行几年后再更换。活性炭的碘值和丹宁酸值的大小, 与活性炭对GSM和MB的吸附容量大小并不一一对应。因此,用常规活性炭物化指标不能表征活性炭对GSM和MB的吸附特性。表2所示一系列活性炭的Freun–dlich等温线常数会对实际应用中活性炭的筛选有所帮助。由此可见, 天然水体中有机物的竞争吸附会导致活性炭吸附容量和等温线斜率( 1 /n) 的下降。

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GSM和M IB 的去除。
Kim等在传统工艺(混凝—沉淀—过滤) 后分别用GAC和BAC 对