水博陽(yáng)，宋小三，范文江，段自豪

(1.蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.寒旱地區(qū)水資源綜合利用教育部工程中心，甘肅 蘭州 730070；3.蘭州城市供水(集團(tuán))有限公司，甘肅 蘭州 730060)

飲用水的味道常常作為大眾評(píng)價(jià)水質(zhì)情況的一項(xiàng)主要參考指標(biāo)，近些年國(guó)內(nèi)由于藻類生物的異?；顒?dòng)及農(nóng)業(yè)、化工生產(chǎn)廢水的排放導(dǎo)致的飲用水嗅味問(wèn)題頻頻發(fā)生。致嗅物的檢出閾值較低，致嗅物濃度在納克升級(jí)別就可以導(dǎo)致明顯異味。目前對(duì)于典型致嗅物的去除方法包括傳統(tǒng)氧化法、吸附法、生物法及高級(jí)氧化法，傳統(tǒng)氧化法對(duì)于致嗅物的去除效果有限，在實(shí)際處理中直接使用較少。吸附法與生物法去除嗅味的效果較好，相較于生物法利用活性炭吸附由于使用方便、反應(yīng)迅速以及受環(huán)境條件影響小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)于水中多種有機(jī)物的去除效果顯著，在給水和污水處理中被廣泛研究，光催化氧化技術(shù)作為高級(jí)氧化技術(shù)的一種，具有反應(yīng)迅速、高效及能源清潔等優(yōu)點(diǎn)在水處領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。本文對(duì)于近年來(lái)飲用水的嗅味問(wèn)題及致嗅物質(zhì)去除技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)回顧，在總結(jié)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上做出了展望，旨在當(dāng)下對(duì)于飲用水質(zhì)污染事件頻發(fā)的環(huán)境背景下，為我國(guó)飲水嗅味問(wèn)題的應(yīng)急處理體系完善與進(jìn)一步研究提供參考。

1 飲用水嗅味的分類、來(lái)源及檢測(cè)方式

國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家的淡水湖都普遍存在腐敗味及蔬菜味，如太湖、滆湖、南陽(yáng)湖、格雷芬湖、蘇黎士湖和盧塞恩湖等。SUN等[1]對(duì)于全國(guó)主要城市的111座給水廠的調(diào)查結(jié)果表明，嗅味問(wèn)題普遍存在于給水廠的水源水及出水中，其中湖泊/水庫(kù)型水源的嗅味多表現(xiàn)為土霉味和腐敗、腐爛味，主要是由于藻類及放線菌的代謝產(chǎn)物導(dǎo)致；河流水源地的嗅味主要表現(xiàn)為腥臭/沼澤味，主要由各類排入水體的污染物導(dǎo)致。

1.1 嗅味的分類

根據(jù)Suffet等[2]在文章中對(duì)于飲用水中味的總結(jié)，通過(guò)FPA法將飲用水中的味劃分出了嗅味輪，區(qū)分了嗅覺(jué)異味、味覺(jué)異味以及口鼻異感等三大類共13種嗅味，其中較為常見(jiàn)的嗅覺(jué)異味及致嗅物劃分輪見(jiàn)圖1。

圖1 嗅覺(jué)異味分類及典型致嗅物質(zhì)Fig.1 Classification of olfactory odor and typical olfactory substances

嗅覺(jué)異味可以分為土霉味、魚腥味、腥臭/腐敗味、草木味、花果香味、藥味、氯味/臭氧味及化學(xué)試劑味，其中土霉味和魚腥味是水中最常見(jiàn)的兩種異味。土霉味主要由土臭素(Geosmin，GSM)及二甲基異莰醇(2-methylisoborneol，2-MIB)引起，除此之外吡嗪類化合物如2-異丁基-3-甲氧基吡嗪( 2-isobutyl-3-methoxypyrazine，IBMP)和2-異丙基-3-甲氧基吡嗪(2-isopropyl-3-methoxypyrazine，IPMP)也能引起類似的土霉味，這兩種物質(zhì)都具有極低的嗅閾值(2～16 ng/L)。 魚腥味主要是由藻類生長(zhǎng)、不飽和醛類物質(zhì)、腐敗的胺類物質(zhì)產(chǎn)生，代表性的化學(xué)物質(zhì)有三甲胺、二甲胺及2，4-庚二烯醛等。

1.2 嗅味的來(lái)源

目前自然水體中的嗅味來(lái)源主要可分為兩個(gè)方面：一方面是由于人為因素導(dǎo)致的嗅味(腐敗味、化學(xué)試劑味、藥劑味等)，隨著城市的建設(shè)以及現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，大量含氮磷硫、酚類、硫醚類等物質(zhì)以及化學(xué)試劑、農(nóng)藥等污廢水未經(jīng)妥善處理就被排放至自然環(huán)境當(dāng)中，直接造成了水體具有明顯且刺鼻的異嗅味。另一方面是由于藻類及微生物活動(dòng)導(dǎo)致的嗅味，主要來(lái)源于其胞外代謝分泌物，如二甲基三硫醚(DMTS)、β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅蘭酮、2-甲基異莰醇(2-MIB)、土臭素(GSM)等物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)在水體中產(chǎn)生腐敗、腐爛、發(fā)霉等異味。

GSM和2-MIB是兩種經(jīng)常被檢出的致嗅物質(zhì)，也是大多數(shù)情況下土霉味的來(lái)源，其化學(xué)式分別為C12H22O、C11H20O，兩種物質(zhì)均屬于環(huán)醇類化合物，空間結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，常規(guī)的氧化劑難以將之降解去除。GSM和2-MIB屬于半揮發(fā)性有機(jī)物，易在液-氣介質(zhì)中轉(zhuǎn)移，且人們對(duì)于異味中的土霉味尤其敏感，有研究者對(duì)于這兩種物質(zhì)的檢出限做了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在4 ng/L左右的濃度就可以被人體的嗅覺(jué)察覺(jué)，而我國(guó)現(xiàn)行的《生活水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749—2006)》中規(guī)定凈水廠出水中GSM和2-MIB的濃度不得超過(guò)10 ng/L。水廠的常規(guī)處理工藝(混凝沉淀+過(guò)濾)對(duì)嗅味的去除效果比較有限，在遭遇突發(fā)的水質(zhì)異味問(wèn)題時(shí)如果凈水廠不能及時(shí)的進(jìn)行控制，將會(huì)造成嚴(yán)重的水質(zhì)問(wèn)題事件。

1.3 嗅味檢測(cè)方法

大多數(shù)致嗅物的嗅閾值很低，在水中濃度僅僅在納克升級(jí)別就可引起較為明顯的異味，高效的檢測(cè)技術(shù)是分析水質(zhì)異味來(lái)源及特性的前提，也是研究水中嗅味問(wèn)題的關(guān)鍵[3]，一般情況下對(duì)于嗅味物質(zhì)的檢測(cè)可以分為感官法和儀器法兩大類。近些年時(shí)有報(bào)道利用生物分子技術(shù)輔助檢測(cè)致嗅物以提高檢測(cè)的精準(zhǔn)度，如酶聯(lián)免疫法(ELISA)，和一種利用藻類基因豐度評(píng)估水庫(kù)嗅味的方法等[4]。

(1)感官分析法

感官分析法根據(jù)具體評(píng)價(jià)方式的不同主要包括嗅味層次分析法(FPA法)、嗅味等級(jí)描述法(FRA法)及嗅閾值法(TON法)等。嗅味層次分析法主要被歐洲及美洲的水廠所采用，共分7個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，測(cè)試者將感知到的氣味按照嗅味輪圖中的分類進(jìn)行描述，同時(shí)以2～12之間的數(shù)字表示強(qiáng)度級(jí)數(shù)。

嗅味等級(jí)描述法將水中的嗅味分為6個(gè)級(jí)別，測(cè)試員將水樣加熱至沸騰，稍微放置冷卻后立即進(jìn)行測(cè)試，臭味強(qiáng)度分級(jí)見(jiàn)表1。

表1 臭味強(qiáng)度分級(jí)Table 1 Grade of odor intensity

嗅閾值法是采用將水樣稀釋至具有最低可辯別嗅味時(shí)的稀釋倍數(shù)作為嗅味的閾值，嗅閾值法計(jì)算公式如下：

(1)

式中A——水樣體積，mL；B——無(wú)臭水體積，mL。

感官分析法主要依靠檢測(cè)員的嗅覺(jué)和以往經(jīng)驗(yàn)作為依據(jù)，對(duì)于水樣中的異味強(qiáng)度和種類進(jìn)行評(píng)價(jià)，整個(gè)過(guò)程對(duì)于測(cè)試員的要求較高，在開(kāi)展測(cè)試之前需要對(duì)測(cè)試員進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)。測(cè)試過(guò)程方便快捷，成本投入低，但由于易受到主觀感受和環(huán)境因素的干擾而缺乏重現(xiàn)性和精確性。Li Xia等[5]利用FPA法對(duì)于冬季黃河沿岸的6座城市的水源水進(jìn)行了臭氣特征的測(cè)定，分析表明除蘭州外，其余城市的水體檢測(cè)到強(qiáng)烈腥味的同時(shí)，還存在輕微的土霉味、腐爛和沼澤氣味。

(2)儀器分析法

儀器分析法是對(duì)水中痕量揮發(fā)有機(jī)物分析檢測(cè)最有效的方法之一[3]。由于揮發(fā)性有機(jī)物的低濃度，通常在儀器進(jìn)樣檢測(cè)之前要對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理以提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，目前常見(jiàn)的前處理方法有固相微萃取(SPME)、液相微萃取(LLME)、攪拌棒吸附萃取(SBSE)、閉路氣提分析(CLSA)、吹掃捕集(P&T)等，固相微萃取法被廣泛應(yīng)用于對(duì)于嗅味物質(zhì)的檢測(cè)之中。Jian Zou等[6]利用固相微萃取和分散液液微萃取的方法來(lái)檢測(cè)水樣中的短鏈醛類有機(jī)物，并且成功地用于臭氧化水樣品中痕量羰基化合物的感官評(píng)價(jià)和分析。

由于感官法較為方便快捷、儀器法較為精準(zhǔn)，將儀器檢測(cè)與感官法綜合分析的方式可以進(jìn)一步提高檢測(cè)過(guò)程的精確度與靈敏度，這種方式也稱之為綜合分析法。Andreas Peter等[7]利用GC-MS檢測(cè)結(jié)合感官法對(duì)三座位于瑞士的湖泊進(jìn)行了檢測(cè)，對(duì)于湖泊的嗅味等級(jí)以及富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行了評(píng)估[7]。于建偉等[8]采用綜合分析法，對(duì)于太湖水中的致嗅物進(jìn)行了分析檢測(cè)，成功確定了嗅味污染的主要物質(zhì)。在水處理廠建立一套將TON法、FPA法等感官檢測(cè)技術(shù)與儀器分析相結(jié)合的污染物識(shí)別與預(yù)警體系，利用感官檢測(cè)的迅速與靈敏性的基礎(chǔ)上組合儀器分析的精準(zhǔn)性，有助于加強(qiáng)水處理廠對(duì)于如致嗅污染物的響應(yīng)能力，保障水質(zhì)安全。

1.4 水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)

水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)是建立在準(zhǔn)確的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之上的應(yīng)急響應(yīng)體系，其意義在于根據(jù)實(shí)時(shí)的進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)如水質(zhì)異味等水質(zhì)污染事件時(shí)，水廠可以及時(shí)調(diào)整處理工藝的運(yùn)行參數(shù)，有效保障飲用水安全。歐美許多國(guó)家對(duì)于水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)較早，相比于國(guó)內(nèi)僅關(guān)注地表原水變化情況，他們更注重于管網(wǎng)中水質(zhì)的變化情況，通過(guò)對(duì)地表水與管網(wǎng)水的化學(xué)或微生物污染指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已被認(rèn)為是提供早期預(yù)警和保護(hù)公共健康的可行手段[9]。

2 嗅味去除技術(shù)研究進(jìn)展

水中存在的異味降低了居民及企業(yè)對(duì)于飲用水水質(zhì)的信任感，影響了用戶日常的正常使用，為了保證飲用水安全，根據(jù)原水中嗅味物質(zhì)的不同特性以及產(chǎn)生途徑，需要在水廠的凈水過(guò)程中選擇適當(dāng)?shù)奶幚砉に噷⑿嵛队行Э刂?。給水廠常規(guī)的混凝沉淀+過(guò)濾工藝對(duì)由于藻類或人為因素造成的嗅味污染的控制效果均有限，目前常采用包括吸附處理技術(shù)、氧化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)及聯(lián)用處理技術(shù)等多種方式去除水中嗅味。

2.1 傳統(tǒng)氧化法

傳統(tǒng)化學(xué)氧化法是通過(guò)直接向水中投氧化劑，利用氧化劑本身的氧化能力與致嗅化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)破壞其結(jié)構(gòu)，從而去除異味的技術(shù)。常用的氧化劑包括：Cl2、ClO2、O3、KMnO4和K2FeO4等。有學(xué)者對(duì)于多種氧化劑去除2-MIB/GSM的效果進(jìn)行了研究[10]，發(fā)現(xiàn)常見(jiàn)的氧化劑如Cl2、ClO2和KMnO4等對(duì)于去除這化合物的效果非常有限，且氯氧化劑的加入有可能會(huì)引入氯異味而增強(qiáng)原本的異味等級(jí)。只有O3表現(xiàn)出對(duì)2-MIB/GSM有良好的去除效果，在接觸時(shí)間為6.4 min時(shí)，3.8 mg/L的O3對(duì)兩種物質(zhì)的去除率可以達(dá)到85%。分析原因可能是由于2-MIB和GSM本身特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，兩者均為飽和環(huán)醇類化合物，具有一定的抗氧化能力導(dǎo)致。除此之外，氧化劑去除嗅味物質(zhì)的效果會(huì)受到腐殖酸、富里酸等普遍存在于湖泊、河流及水庫(kù)水源水中的天然有機(jī)物(NOM)的影響，氧化劑會(huì)與NOM發(fā)生反應(yīng)使其被氧化降解為更小分子的有機(jī)物，從而消耗部分的氧化劑，影響除嗅效果。

其中臭氧作為一種多用途的藥劑，具有良好的氧化、脫色、除臭以及殺菌性能，臭氧在酸性溶液中的氧化還原電位可以達(dá)到2.07 V，容易與水中的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)。吡嗪及其烷基和甲氧基化合物具有類似GSM和2-MIB的土霉味氣味，且廣泛存在于自然界和食品飲料加工過(guò)程中，常規(guī)處理幾乎不能去除該類化合物，Wang等[11]利用臭氧氧化法處理水中的2-異丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMP)和2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)，在pH為6.8時(shí)，氧化15 min 后IPMP和IBMP的去除效率均能達(dá)到90%以上。然而臭氧極易與水中的有機(jī)物或溴離子反應(yīng)生成羰基類(醛、酮)、羧酸類及溴酸鹽等副產(chǎn)物，其中羰基類及溴酸鹽副產(chǎn)物均被證明有不同程度的致癌、致突變性及毒性，通常需要采用后接活性炭吸附的方式控制出水中的反應(yīng)副產(chǎn)物含量[12]，臭氧組合活性炭工藝可以有效控制包括致嗅物在內(nèi)的微污染物質(zhì)，適合如我國(guó)南方地區(qū)長(zhǎng)期遭受嗅味困擾的地區(qū)水廠使用。

高鐵酸鉀由于具有極強(qiáng)的氧化能力(其標(biāo)準(zhǔn)氧化電位2.20 V，高于臭氧的2.07 V)，且在氧化過(guò)程中，釋放大量氧氣的同時(shí)Fe(Ⅵ)會(huì)轉(zhuǎn)化為Fe(Ⅲ)，能夠強(qiáng)化絮凝過(guò)程的進(jìn)行，有利于去除水中的懸浮顆粒。高鐵酸鉀在水中的分解受pH的影響，一般認(rèn)為在酸性(式2)、中性(式3)和堿性條件(式4)下會(huì)發(fā)生如下三種分解反應(yīng)：

(2)

(3)

Fe(OH)3+5OH-+nR(3/n) +

(4)

2.2 吸附法

目前常見(jiàn)的水處理吸附劑有活性炭、石墨烯、沸石及凹凸棒土等材料，其中粉末活性炭吸附對(duì)于水中嗅味去除效果明顯、見(jiàn)效快且使用方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。在生產(chǎn)中粉末活性炭的投加位點(diǎn)可以選擇在水廠的以下三個(gè)位置：原水吸水井、混凝池前端以及過(guò)濾前，合理的投加位點(diǎn)及投加量能夠保證吸附過(guò)程具有充足的反應(yīng)時(shí)間并充分發(fā)揮吸附劑的吸附能力，以保證對(duì)嗅味的去除效果。

李俊民[15]對(duì)粉末活性炭吸附致嗅物的效能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)吸附效果受活性炭本身的特性(材質(zhì)、粒徑)、水質(zhì)成分及環(huán)境溫度等因素的影響：①木制碳、煤質(zhì)碳和椰殼碳3種碳對(duì)嗅味物質(zhì)GSM和2-MIB的去除效果依次降低；②溫度對(duì)活性炭吸附過(guò)程影響較小，但結(jié)果表明隨著溫度的升高，對(duì)于兩種物質(zhì)的去除效率逐漸下降；③活性炭在pH=11的堿性條件下對(duì)GSM和2-MIB的去除率分別達(dá)到了88%和73%；④隨著水力條件的增強(qiáng)，活性炭對(duì)嗅味物質(zhì)的去除率越高；⑤水中天然有機(jī)物會(huì)與嗅味物質(zhì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)作用，其含量越高，活性炭對(duì)嗅味物質(zhì)去除率越低。

陶輝等[16]研究了粉末活性炭粒徑對(duì)于GSM吸附效果的影響，在80 mg/L的投加量下，粒徑為80～100目的活性炭對(duì)GSM的吸附基本可以在10 min 內(nèi)完成，且吸附效果非常好;在10 mg/L的投加量下，粒徑大于100目的活性炭對(duì)GSM的吸附效果都比較理想，90 min后對(duì)GSM的去除率均在96%以上;粒徑大于100目的活性炭對(duì)GSM的吸附速率較快，吸附容量也較大，吸附效果較為理想，且200～300，300～320和大于320目的活性炭對(duì)GSM的吸附速率非常接近，實(shí)際選擇時(shí)可綜合考慮濾池穿透和經(jīng)濟(jì)等因素來(lái)選擇合適的粉碳目數(shù)。

粉末活性炭的粒徑越小，其比表面積就越大，吸附容量就越大。Yoshihiko Matsui等[17]采用濕磨法將PAC研磨制得微米級(jí)別的超細(xì)粉末活性炭(SPAC)，研究了 SPAC對(duì)GSM和2-MIB的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.5 mg/L的SPAC幾乎與3 mg/L PAC的去除效率相同，SPAC對(duì)于兩種物質(zhì)的吸附速度遠(yuǎn)超過(guò)PAC。

雖然粒徑更小的粉末活性炭具有更大的吸附容量，但在水廠中不僅常規(guī)的混凝過(guò)程會(huì)致使活性炭發(fā)生團(tuán)聚，影響吸附效果，而且小粒徑的粉末碳還有穿透濾池的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致出水具有一定的色度，且穿透的活性炭會(huì)經(jīng)由后續(xù)的消毒工藝進(jìn)入管網(wǎng)，在這個(gè)過(guò)程中可能會(huì)對(duì)氯消毒劑產(chǎn)生吸附作用，從而導(dǎo)致出水余氯值降低，一方面降低了消毒單元的消毒能力，另一方面活性炭顆粒在管網(wǎng)中為微生物的生長(zhǎng)提供了場(chǎng)所。

2.3 生物法

通過(guò)微生物的代謝活動(dòng)可以去除水中的多種污染物，被廣泛應(yīng)用于污廢水的處理當(dāng)中。生物法只需要很少或不需要外加化學(xué)物質(zhì)，微生物可以利用原水中的污染物作為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。研究表明生物法除了能夠提高水的生物穩(wěn)定性和減少消毒劑需求外，將生物與多孔過(guò)濾介質(zhì)結(jié)合的生物濾池還能夠同時(shí)去除水中溶解的有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物。

Lionel Ho等[18]證明了在生物活性砂濾器中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于MIB/GSM去除，反應(yīng)過(guò)程遵循一級(jí)反應(yīng)，速率常數(shù)在0.1～0.58 d-1之間。Lior Guttman和Jaap van Rijn[19]從水產(chǎn)養(yǎng)殖單位的消化池中分離出3種GSM和2-MIB生物降解細(xì)菌(Variovoraxparadoxus；Rhodococcussp.；Comamonassp.)。在僅用GSM/MIB作為碳源的培養(yǎng)基中，3種細(xì)菌在曝氣和不曝氣條件下對(duì)于GSM/2-MIB的降解效率均比在GSM/MIB+LB培養(yǎng)基中高，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 3種分離菌種對(duì)于GSM與2-MIB的降解效果Table 2 Degradation effects of three isolated strains on GSM and 2-MIB

Doederer等[20]利用移動(dòng)床膜生物反應(yīng)器(MBBR)在中試規(guī)模上對(duì)于GSM及MIB的去除效率進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)3.5個(gè)月的適應(yīng)期后，MBBR對(duì)于這兩種T&O化合物可以達(dá)到至少80%去除率。且實(shí)驗(yàn)證明，MBBR在較短的HRTs(20～30 min)和較高的進(jìn)水濃度(100 ng/L)的情況下也可以達(dá)到60%以上的去除率。Lauderdale等[21]發(fā)現(xiàn)生物濾池對(duì)于污染物的去除效果可以通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)強(qiáng)化和過(guò)氧化物強(qiáng)化兩種方式進(jìn)行增強(qiáng)。通過(guò)控制細(xì)胞外聚合物(EPS)的形成和強(qiáng)化微生物的氧化作用，最終降低了生物濾池約15%的水頭損失，并提高了對(duì)于MIB、DOC及Mn2+的去除效率，有效改善了生物濾池的水質(zhì)和水力特性，提高了出水水質(zhì)。

生物法對(duì)于包括典型異嗅物(GSM和2-MIB)在內(nèi)的多種污染物具有良好的去除效果，生物濾池和MBBR工藝，且在應(yīng)對(duì)水質(zhì)波動(dòng)較大或較低負(fù)荷情況下也能保證穩(wěn)定的處理效果，目前在實(shí)際中多將生物法作為預(yù)處理或深度處理單元提升出水水質(zhì)。但是對(duì)于國(guó)內(nèi)大部分的中小型水處理廠而言，生物法對(duì)于環(huán)境條件的要求和高基建投資以及較復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)管理限制了生物處理技術(shù)的應(yīng)用推廣。

2.4 非均相光催化技術(shù)

光催化氧化在過(guò)去十年中已得到廣泛研究，其基礎(chǔ)是產(chǎn)生的電子-空穴(h++e-)對(duì)和羥基自由基導(dǎo)致有機(jī)污染物的氧化和礦化，在對(duì)于常規(guī)氧化技術(shù)難以去除的污染物處理當(dāng)中具有較高的研究?jī)r(jià)值。但是單一光催化材料的催化活性和效率會(huì)受到材料本身特性的限制，其中光催化材料的光響應(yīng)區(qū)間和光生載流子的復(fù)合率直接影響了催化反應(yīng)的效率。通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行表面光敏化、離子摻雜、貴金屬沉積和復(fù)合半導(dǎo)體等改性修飾的方式可以提高材料的光催化活性和反應(yīng)效率。

對(duì)于光催化反應(yīng)來(lái)說(shuō)，影響催化反應(yīng)速率的因素主要包括以下幾點(diǎn)[22-24]：光源、光照強(qiáng)度及反應(yīng)體系的離子組成。其中氧氣在光催化反應(yīng)體系中不僅可以作為電子捕獲劑，延緩電子空穴的復(fù)合，還能夠與空穴反應(yīng)生成羥基自由基，適宜的溶解氧濃度可以在一定程度上提高催化體系的效率。

2.5 其他技術(shù)

2.5.1 過(guò)硫酸鹽高級(jí)氧化技術(shù) 過(guò)硫酸鹽高級(jí)氧化技術(shù)是利用通過(guò)過(guò)渡金屬離子、光、熱或堿等手段催化過(guò)硫酸鹽，利用其產(chǎn)生的硫酸根自由基(氧化還原電位2.60 V)使得有機(jī)污染物分解或礦化的技術(shù)。孫昕等[25]研究了真空紫外光(VUV)活化過(guò)二硫酸鹽(PS)對(duì)典型致嗅物質(zhì)2-MIB和GSM的去除效果及影響因素。結(jié)果表明，VUV/PS聯(lián)用工藝處理1 h后2-MIB和GSM的去除率可以分別達(dá)到79%和91%，能夠有效去除嗅味。

2.5.2 等離子體高級(jí)氧化技術(shù) 等離子體高級(jí)氧化技術(shù)是在水中通入高壓電流，高能量的電子與水接觸產(chǎn)生·OH、水合電子(eaq)、H2O2、O3、UV等活性成分物質(zhì)，通過(guò)這些活性物質(zhì)的協(xié)同作用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于有機(jī)物的高效降解。章麗萍等[26]采用高壓脈沖電流的等離子體高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)水中5種典型土霉味物質(zhì)(IPMP、IBMP、2-MIB、TCA、GSM)的降解過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明10～15 min的氧化過(guò)程能夠?qū)⑦@5種物質(zhì)的濃度有效降低至嗅閾值以下，且氧化GSM和2-MIB的速率常數(shù)(0.52，0.37 min-1)遠(yuǎn)高于臭氧氧化的速率常數(shù)(0.07，0.094 min-1)。放電頻率和pH是影響去除效率的重要因素。

2.5.3 膜過(guò)濾技術(shù) 膜過(guò)濾是基于物理篩分作用的過(guò)濾技術(shù)，在外壓的作用下，利用小尺寸的膜孔對(duì)于具有較大粒徑的污染物進(jìn)行去除。Noeon Park等[27]研究了4種不同特性的超濾膜對(duì)于TCA的去除效果并考察了疏水性有機(jī)物(SRNOM)對(duì)于去除效果的影響。在不添加SRNOM的情況下，疏水性膜表現(xiàn)出了較高的去除率，聚酰胺膜(GM，500 kPa，99%)和聚醚砜膜(PW，500 kPa，83%)。在添加SRNOM之后PW膜對(duì)TCA的去除率幾乎不變，而再生纖維素膜(PL10K)的去除效率隨著SRNOM的濃度增加降低。

3 總結(jié)與展望

水中的致嗅物質(zhì)種類繁多且來(lái)源復(fù)雜，采用合理高效的檢測(cè)技術(shù)是有效控制水中嗅味的前提。在準(zhǔn)確識(shí)別嗅味來(lái)源后，針對(duì)不同的致嗅物以及環(huán)境條件，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸绞绞强刂菩嵛兜年P(guān)鍵。目前常常采用化學(xué)氧化法、吸附處理、生物處理、高級(jí)氧化法等技術(shù)去除水中嗅味，其中吸附法和高級(jí)氧化法對(duì)于致嗅物的處理效果較好，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。文章主要概述了飲用水中的嗅味分類、致嗅物來(lái)源，介紹并總結(jié)了嗅味去除技術(shù)的研究現(xiàn)狀，最后做出了如下四點(diǎn)展望。

(1)光催化氧化技術(shù)有去除效果好、反應(yīng)迅速、能源清潔、操作簡(jiǎn)便和不引入其他物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在去除如致嗅物質(zhì)等微量有機(jī)物方面有較好的應(yīng)用前景。膜技術(shù)能有效去除水中的微量污染物，將改性膜用于重金屬離子及多種有機(jī)污染物的處理研究時(shí)有報(bào)道[28-30]，未來(lái)膜技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該在改性材料的選擇和復(fù)合方面做進(jìn)一步研究，如可以將氧化石墨烯等新型吸附材料或其他光催化材料負(fù)載至膜表面，利用吸附/光催化-過(guò)濾的協(xié)同作用，在提高光催化過(guò)程相應(yīng)區(qū)間的同時(shí)，進(jìn)一步提高膜對(duì)于微量污染物的吸附、截留能力。

(2)將石墨烯等吸附材料與光催化半導(dǎo)體材料復(fù)合進(jìn)行改性修飾，在提高光催化反應(yīng)活性及效率的同時(shí)，利用吸附/光催化的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)吸附劑的原位再生，以延長(zhǎng)吸附材料的使用壽命。此外，通過(guò)引入磁鐵或其他物質(zhì)的改性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于光催化劑的回收再利用，能夠較大程度的減少由于材料消耗導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)投入，降低處理成本。

(3)生物法、膜濾法和等離子體高級(jí)氧化法等技術(shù)對(duì)于致嗅物的處理效果明顯，但相關(guān)的應(yīng)用及機(jī)理性的研究仍然較少，今后還需要進(jìn)一步的研究為嗅味控制提供技術(shù)及理論方面的支持。

(4)隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于水質(zhì)的要求也不斷提高，與此同時(shí)也要求凈水廠在保證飲用水清潔、安全的基礎(chǔ)上對(duì)水處理工藝不斷升級(jí)換代，要對(duì)于更高效和環(huán)保的處理技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用方面進(jìn)一步進(jìn)行研究。對(duì)于水廠來(lái)說(shuō)，分析出水質(zhì)異味的來(lái)源，采取合理的處理手段進(jìn)行控制是解決水質(zhì)異味問(wèn)題的關(guān)鍵，利用水廠進(jìn)出水以及管網(wǎng)中的相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)水質(zhì)異常事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，最終建立起一套科學(xué)的預(yù)警響應(yīng)體系，便于水廠及時(shí)采取相應(yīng)的措施以保障出水水質(zhì)安全。