水體中嗅味物質(zhì)的來源以及生物降解性能

1、水體中嗅味物質(zhì)的來源以及生物降解性能-綠色環(huán)保論文導讀:：又稱土嗅素或土味素。和Geosmin的濃度在ng/Lyg/L的量級。湖泊、水庫水中最普遍存在的致嗅物質(zhì)。重點介紹生物降解2-MIB和Geosmin研究現(xiàn)狀。該生物濾池長4m。論文關鍵詞：土嗅素，2-MIB，致嗅物質(zhì)，生物降解，微污染，水源水，生物濾池，X524引言：飲用水安全問題與人體健康密切相關，是關系到國計民生，影響經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展、建設環(huán)境友好、人與自然和諧社會的重大問題。近年來，水體富營養(yǎng)現(xiàn)象日益加重，尤其是春夏季藻類大量繁殖，導致水體中藻源次生代謝產(chǎn)物嗅味物質(zhì)大量產(chǎn)生，嚴重威脅飲用水安全。嗅味問題已經(jīng)成為一個世界范圍內(nèi)的普

2、遍問題。早在1876年Nichols就報道了藻類引發(fā)的嗅味問題(Persson1995)。日本最大的淡水湖琵琶湖(LakeBiwa)自從1969年首次爆發(fā)了嗅味問題后，幾乎每年夏季都會面臨這一問題(Kikuchi,Mimuraetal.1972;Terauchi,Ohtanietal.1995;Saadoun,Schraderetal.2001)。1969年秋,芬蘭Oulu海域，由于魚中的霉味導致當?shù)鼐用袷ゴ罅拷?jīng)濟收入(Persson1992)；70年代末生物濾池，挪威的Mjosa湖中大量的顫藻“水華”所引起的霉味影響了20萬人的飲用水供應(Vik,Storhaugetal.1988)。Su

3、ffett等對美國和加拿大的800多個水廠進行了調(diào)查，結(jié)果表明，43%的水廠曾經(jīng)發(fā)生過持續(xù)時間超過1周的惡嗅事件，16%的水廠曾經(jīng)發(fā)生過嚴重的嗅味問題，這些水廠平均消耗其運行費用的4.5%用于控制水體中的嗅味(Suffett1996)。在我國，水體的異嗅異味問題也普遍存在。2007年的太湖水體異味問題更是引發(fā)了全國的廣泛關注。中國科學院水生生物研究所等單位對我國一些湖泊水體異味問題的調(diào)查研究表明，在滇池、太湖、巢湖、東湖等富營養(yǎng)化湖泊中這一問題十分嚴重(徐盈,黎雯etal.1999;雷臘梅,宋立榮etal.2001;宋立榮,李林etal.2004)論文格式模板。以往僅見于相對靜止的湖泊等水體的

4、藻類繁殖現(xiàn)象在河流之中也開始出現(xiàn)，已危及我國大面積飲用水水源水的質(zhì)量及飲用水安全。在飲用水水源污染日益加劇和飲用水標準不斷提高的雙重壓力之下，我國飲用水行業(yè)面臨空前的挑戰(zhàn)。因此，開展嗅味物質(zhì)的去除機理與技術研究的需求十分迫切。在目前的技術水平下，已經(jīng)可以檢測10余種水中產(chǎn)生嗅味的物質(zhì)，主要有2-甲基異冰片(2-Methylisoborneol)、1,10-二甲基-9-十氫萘醇(Geosmin)、2-乙丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)、2-乙丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMJP)、2,3,6-三氯茴香醚(TCA)和三甲基胺等(Lauderdale,Aldrichetal.2004)。其中2-Meth

5、ylisoborneol(2-MIB)和Geosmin是除了氯以外，湖泊、水庫水中最普遍存在的致嗅物質(zhì)，也是研究最多的致嗅物質(zhì)，在飲用水標準中規(guī)定了這兩種物質(zhì)的濃度限值。在天然水體中，2-MIB和Geosmin的濃度在ng/L“g/啲量級，屬于痕量物質(zhì)，其嗅閾值均在10ng/L以下。由于這兩種物質(zhì)在自然環(huán)境中的濃度一般非常低，受到檢測手段的限制生物濾池，對這兩種物質(zhì)的研究是近年來隨著色譜-質(zhì)譜(GC-MS)技術發(fā)展才逐漸展開的。特別是固相微萃取技術(solid-phasemicroextraction,SPME)的發(fā)明，極大地推動了2-MIB和Geosmin的相關研究。目前，采用頂空法固相微萃

6、取工藝結(jié)合GC-MS分析方法，可以定量測定5100ng/L濃度范圍的2-MIB和Geosmin(張德明，徐榮etal.2006；張錫輝，伍婧娉etal.2007)。本文主要介紹關于水體中致嗅物質(zhì)的2-MIB和Geosmin的性質(zhì)、來源、降解途徑等方面的研究進展，重點介紹生物降解2-MIB和Geosmin研究現(xiàn)狀。1.致嗅物質(zhì)2-MIB和Geosmin的性質(zhì)2-MIB(2-methylisborneol)，2-甲基異莰醇，又稱2-甲基異冰片，標準狀態(tài)下為無色液體，是一種霉味物質(zhì)，其嗅閾值為9ng/L(Elhadi,Hucketal.2004)。Geosmin，1,10-二甲基-9-十氫萘醇，又稱

7、土嗅素或土味素，標準狀態(tài)下為黃色透明液體，是一種土味物質(zhì)，其嗅閾值為4ng/L(Pirbazari,Borowetal.1992)。Gerber在1968年闡明了Geosmin的化學結(jié)構(gòu)(Gerber1968)，Rosen及其合作者在1970年首次在天然水體中分離出Geosmin。這兩種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)圖見圖1。這兩種物質(zhì)都存在正反異構(gòu)體生物濾池，只有(-)-2-MIB和(-)-Geosmin才會引發(fā)土霉味。2-MIB如果接觸或者吸入人體，對皮膚或粘膜產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷。Geosmin則對眼睛有刺激作用。這兩種物質(zhì)均會引發(fā)一些身心不適，包括頭疼，壓力大，或者胃部不適等(Young,Horthet

8、al.1996)。水體中的2-MIB和Geosmin會在水生生物體內(nèi)富集，引起生物味道的改變，進而影響到漁業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量(Martin,Bennettetal.1988;Persson1995;Smith,Boyeretal.2008)論文格式模板。關于這兩種物質(zhì)的毒性，僅開展了一些其急性毒性的研究，而這些研究中使用的2-MIB和Geosmin濃度都遠遠超過它們在天然水體中的濃度，慢性暴露對生物體的長期性影響的研究尚未見報道。如，Dionigi等人測定了這兩種物質(zhì)對沙門氏Salmonellatyphimurium(TA98和TA100測試菌株)的毒性，結(jié)果表明，當這兩種物質(zhì)的濃度超過嗅閾值6個數(shù)

9、量級時，仍未檢測到細胞突變；2-MIB和Geosmin的濃度高于45.2和18.1mg/L時，對測試菌株的生長有抑制作用(Dionigi,Lawloretal.1993)。Nakajima開展的Ames試驗結(jié)果表明，這兩種物質(zhì)對測試菌株沒有致突變性，但是對測試菌的生物活性有抑制作用。2-MIB和Geosmin對海膽發(fā)育時的形成受精膜的半抑制濃度分別為68.77mg/L、16.67mg/L；對海膽細胞裂解的半抑制濃度分別為66.86mg/L、16.58mg/L(Nakajima,Oguraetal.1996)oGagne等人在15°C條件下將紅鱒魚的肝細胞暴露在2-MIB和Geosmi

10、n中48個小時，發(fā)現(xiàn)當2-MIB和Geosmin的濃度分別為10mg/L和0.45mg/L時，能夠引發(fā)魚肝細胞DNA鏈的斷裂(Gagne,Ridaletal.1999)oLauderdale等人發(fā)現(xiàn)以2-MIB為碳源時生物濾池，其濃度在510mg/L范圍內(nèi)對細胞生長具有一定的毒性(Lauderdale,Aldrichetal.2004)。2.2-MIB和Geosmin的產(chǎn)生來源及分布1969年，Medsker和Gerber首次報導了2-MIB是一種放線菌的天然代謝產(chǎn)物（Gerberl969）。Gerber等于1965年第一次明確指出引起水體中土味的物質(zhì)主要是放線菌的代謝產(chǎn)物Geosmin（Ge

11、rberandLecheval.Ha1965）。雖然最初發(fā)現(xiàn)2-MIB和Geosmin是放線菌的代謝產(chǎn)物，大量研究表明，在富營養(yǎng)化的水體中，藍細菌是致嗅物質(zhì)的主要來源；而在貧營養(yǎng)的環(huán)境中，放線菌則是2-MIB和Geosmin的主要來源（Persson1992）。藍細菌是一種原核生物，由大量且不均一的光合細菌組成，以前也被稱作藍綠藻。藍細菌的形態(tài)有單細胞和絲狀體兩種。藍細菌的營養(yǎng)要求比較簡單，不需要維生素，能以硝酸鹽或氨作為氮源。大多數(shù)種能夠固氮，許多種為專性光能生物。藍細菌廣泛分布在陸地、淡水及海洋中，在營養(yǎng)豐富的淡水湖中，它們大量繁殖，形成“水華”（郭俊濤,盧小輝etal.2007）。目前鑒別出來的能夠產(chǎn)生2-MIB和Geosmin的藍細菌包括Anabaena（魚腥藻）,Geitlerenema