摘要：当前，地表水源中的嗅味问题严重，已引起全球范围内的广泛关注。其中，典型的致嗅物质包括土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）。文章概述了地表水源中的致嗅物质来源，分析了GSM和2-MIB的原因，并重点讨论了典型致嗅物质的去除技术，包括物理法和化学法。其中，物理法包括混凝法和活性炭吸附法；化学法包括臭氧氧化法、臭氧-过氧化氢氧化法、光催化氧化法。文章期望通过分析不同技术，为地表水水源中典型致嗅物质的去除提供科学依据和创新思路。
关键词：地表水,致嗅物质,吸附法,高级氧化法
随着我国经济的高速发展，大量工业废水、生活污水被排放到水体中，我国生态环境遭到了严重破坏。其中，地表水水源因不断受到污染，水体富营养化加剧，藻类大量繁殖。这些藻类在水中可产生有害的代谢产物，如产生的致嗅物质，使水体散发出恶臭味。典型的致嗅物质包括土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB），易挥发，会产生霉味和土味[1]。
目前，传统净水工艺已难以完全去除水中的GSM和2-MIB。因此，研究高效的嗅味去除技术成为水处理行业的热点之一。
1地表水水源中致嗅物质来源
地表水水源中致嗅物质的来源可分为人为因素产生的嗅味和自然因素产生的嗅味。
人为因素产生的嗅味：工业废水、生活污水直接排入水体中，导致水体带有废水本身的恶臭味。
自然因素产生的嗅味：全球变暖导致的水温升高，使河流和湖泊富营养化，促进了藻类的繁殖。藻类在繁殖的过程中会产生大量致嗅物质，包括GSM和2-MIB等[2]。
2嗅味物质的去除技术
目前，对于嗅味物质的去除技术主要包括物理法和化学法。其中，物理法包括混凝法和活性炭吸附法；化学法包括臭氧氧化法、臭氧-过氧化氢氧化法、光催化氧化法。
2.1物理法
2.1.1混凝法
多年来，常规水处理工艺（混凝、絮凝、沉淀和过滤）主要用于去除地表水中的GSM和2-MIB。
已有研究证明，利用聚合氯化铝（PAC）和混凝剂去除2-MIB是一种有效的方法。其中，PAC投加量为10~40 mg/dm3，混凝剂投加量为10~30 mg/dm3。对比吸附前后的处理效果发现，在不添加混凝剂的情况下，2-MIB去除率最高可达70%，而在加入混凝剂后，PAC和混凝剂对吸附位点的激烈竞争反而会导致2-MIB去除率降低。原因在于PAC的表面会被混凝剂覆盖，导致对有气味的化合物吸附率降低。尽管可使用高PAC用量得到较高的2-MIB去除效率，但是可能会给水厂带来较大的经济压力。
另有研究表明，pH对水处理厂蓝藻释放代谢物有着重大影响；合适的pH有助于减少水中的蓝藻代谢物，包括GSM和2-MIB。实验证明，在pH低于5时，混凝剂会加剧蓝藻代谢物的释放，而在pH高于5时，蓝藻对水的污染率则会显著降低。
2.1.2活性炭吸附法
活性炭是一种可吸附地表水中天然有机化合物或其他合成有机物的材料。鉴于活性炭具有较高的孔隙率和较大的比表面积，不同形式的活性炭材料被广泛用于去除污水中的微污染物和疏水化合物。根据活性炭材料的颗粒大小，可将其分为3类，分别为颗粒活性炭、粉末活性炭和超细活性炭。
随着地表水水质的恶化和国民对用水安全需求的增长，活性炭被普遍用于去除水中的GSM和2-MIB。但需要注意的是，活性炭去除地表水中污染物的性能会受到比表面积、溶解有机碳（DOC）、接触时间和用量等因素的限制。
活性炭吸附技术凭借其简单方便的特性，成为改善城市饮用水供应和其他水处理工艺的有效手段。然而，大多数活性炭对水样中2-MIB和GSM的吸附率很低，这是因为在吸附过程中存在的天然有机物（NOM），会竞争活性炭表面的可用吸附位点[3]。研究发现，使用超细粉状活性炭可提高水样中2-MIB和GSM的吸附率。与颗粒活性炭和粉末活性炭相比，超细活性炭颗粒具有更强的吸附能力。通过超细活性炭和粉状活性炭对2-MIB和天然有机物（NOM）的竞争吸附实验可知，与2-MIB相比，NOM的吸附量增加，证实了活性炭去除GSM和2-MIB的效率会受到水中存在的天然有机物的影响。
此外，研究还证实，水体中2-MIB的去除也与碳颗粒的大小有关。较小吸附剂颗粒比较大吸附剂颗粒具有更强的吸附能力，可促进2-MIB的吸收。
2.2化学法
2.2.1臭氧氧化法
臭氧氧化法的原理是臭氧分子在水中可分解产生羟基自由基，进而由臭氧分子或羟基自由基氧化分解有机化合物。其化学反应方程式如公式（1）（2）（3）所示。
O3+H2O→O2+2OH-（1）
O3+OH-→HO2+O2（2）
O3+HO2→OH-+O2（3）
臭氧气泡非常不稳定，易破裂消散。但其在水中具有强氧化性，对水中的2-MIB和GSM具有较高的降解效率。臭氧化技术对有机污染物的降解，取决于pH、温度和臭氧用量等因素水平。首先，实验表明，pH为3时，2-MIB和GSM的去除率高于90%，而在pH为9.1时，没有检测到2-MIB和GSM。其次，去除率会随2-MIB和GSM初始浓度的降低而降低。在100~500 ng/L质量浓度范围内，GSM的去除率由97.9%降至72.6%，同时2-MIB的去除率由93.6%降至66.4%。在臭氧投加量为4.19 mg/L的条件下，30 min臭氧处理对GSM的去除率可达到99.9%。此外，研究还发现，臭氧降解2-MIB和GSM时会产生次生代谢物，且在脱水过程中会产生环癸烷化合物。其反应过程包括脱水过程、裂解2-MIB的键和去甲基化，会促使癸醛的产生。据报道，化学反应过程中产生的癸醛，可能会对人类呼吸道健康产生不利影响。因此，在去除水中致嗅污染物时，应尽量减少次生代谢物产生的数量。
一般来说，虽然臭氧化已被证明是分解水中致嗅化合物的一种有效方法，但其成本高昂，且会产生转化副产物，如醛、酮和羧酸等，同时产物的全部毒性尚不明确。因此，臭氧化技术必须与可完全去除2-MIB和GSM及其他有毒副产物的其他技术结合使用。
2.2.2臭氧-过氧化氢氧化法
过氧化氢与臭氧的反应，通常被称为过氧酮过程，会产生羟基自由基。该过程已被用于水净化中某些副产物的去除。整个反应包括过氧化氢在水中的分裂，以及反应物质（HO2-）与臭氧的反应。具体如公式（4）和（5）所示。
H2O2+H2O→H3O++HO2-（4）
O3+HO2-→HO+O2-+O2（5）
研究发现，在水净化过程中，过氧酮工艺可有效控制溴酸盐和天然有机物，并在GSM和2-MIB的降解中也有同样效果。最近一项研究发现，通过添加不同比例的H2O2和O3获得最适宜的臭氧剂量，可完全去除异味。该实验设计促进了对异味的处理，实现了对致癌物溴酸盐的去除。
气相色谱-质谱法检测出，酮类和醛类是2-MIB和GSM的中间副产物。在H2O2质量浓度为6 mg/L、反应时间为20 min的条件下，2-MIB的降解率可达89.2%。同时，研究还指出，臭氧氧化对2-MIB的降解效率会受到水中天然有机物的抑制。
虽然2-MIB在水中臭氧化通常会形成双环和单环化合物，但其中一些是环庚酮和环戊酮的中间体，可进一步降解为CO2和H2O。
2.2.3光催化氧化法
臭氧与紫外线（UV）辐射在水环境中的结合会产生过氧化物，而臭氧和过氧化物会在紫外线照射下发生反应，产生羟基自由基。其反应机理如公式（6）（7）和（8）所示。
O3+H2O+hv→H2O2+O2（6）
2O3+H2O2→2HO+3O2（7）
H202+hv→2HO（8）
研究发现，臭氧/紫外线辐射的引入，降低了水中GSM和2-MIB的浓度；真空紫外线（VUV）与臭氧的组合，则产生了硝酸盐和溴酸盐等无毒副产物[4]。先前研究也表明，臭氧/紫外线辐射过程通常会产生溴酸盐，而这是臭氧与水中溴化物离子反应的结果。
使用UV/H2O2降解有机化合物或微污染物，可能会发生光解或氧化反应，且这一过程的有效性，取决于氧化反应对有机化合物的破坏。其中，未反应的羟基自由基会被过氧化氢消耗，进一步产生自由基。可见，羟基自由基是主要的活性物质。
基于H2O2在水中溶解度高的优点，该项工艺可在水体中添加高浓度的H2O2且不会生成溴酸盐。例如，王永磊等[4]研究了紫外光解和紫外/H2O2过程对GSM和2-MIB的破坏。其发现，当溶液pH从6.5增加到8.5时，降解速率会随羟基自由基的增加而提高，而当pH继续增加时，因羟基自由基和碳酸盐离子的存在，破坏速率会略有下降[5]。由此可见，碳酸盐物种通过与碱性pH环境下可用的羟基自由基竞争，干扰了水中两种化合物的去除速率。
3结语
随着生态环境保护力度的持续加大，地表水水源的保护愈发重要。其中，地表水中的嗅味问题日益严重，使高效的嗅味去除技术成为水处理行业的研究热点之一。
地表水水源中致嗅物质的来源可分为人为因素产生的嗅味和自然因素产生的嗅味。具体而言，人类生产活动所产生的废水排放和全球变暖加剧的水体富营养化，促进了藻类的繁殖，而藻类的繁殖则会产生大量有害的致嗅物质，包括GSM和2-MIB。
目前，对于GSM和2-MIB的去除技术主要包括物理法和化学法。物理法包括混凝法和活性炭吸附法；化学法包括臭氧氧化法、臭氧-过氧化氢氧化法、光催化氧化法。
参考文献
［1］史嘉璐,龙超,李爱民.饮用水源水中致嗅物质去除技术研究进展［J］.环境科学与技术,2012,35(3):122-126.
［2］李能能,吴福雨.饮用水中嗅味问题及其研究进展［J］.广东化工,2015,42(17):106-107.
［3］MUSTAPHA S,TIJANI J O,NDAMITSO M M,et al.A critical review on geosmin and 2-methylisoborneol in wa-ter:Sources,effects,detection,and removal techniques［J］.Environmental Monitoring and Assessment,2021,193(4):204.
［4］王永磊,刘杰,王猛,等.紫外高级氧化工艺降解土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）的对比［J］.环境化学,2022,41(9):3083-3093.
［5］章丽萍,崔炎炎,贾泽宇,等.等离子体高级氧化技术去除饮用水中土霉味物质［J］.中国给水排水,2019,35(5):36-42.
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