摘要：二甲基异冰片和土臭素是关乎饮用水水质安全和接受度的两种嗅味物质，本文主要介绍了这两种物质的相关处理工艺的选择，各种工艺的优点和运行使用时的缺点。本文指出活性炭，高级氧化和生物滤池等工艺对它们有较高的去除效果。虽然目前这些工艺去除效果较好，任需要进一步的研究改进以满足用户对水质的要求。
论文关键词：土臭素,二甲基异冰片,嗅味,吸附,氧化
嗅味问题一直以来被认为是饮用水水质安全中的重要因素，对普通居民而言嗅味更是判定水质安全的唯一途径。春季径流导致水源大量受纳致嗅物质，其中5种典型致嗅物分别是苯酚(源于天然含酚物质)、烃类(汽油、煤油、矿物油等，来源于城市径流)、氯胺(当水龙头氯胺残余量大于2.1mg／L)、放线菌的代谢产物(霉味或土臭味)、藻类的代谢产物(鱼腥味和土霉味)[1]。其中以造成土霉味的二甲基异冰片（2-methylisoborneol，简称2-MIB）和土臭素（geosmin，简称GSM）最为常见。
虽然这两种嗅味物质对人体健康的影响尚不明确，但是饮用水中嗅味的存在引起了用户的抱怨和对水质的怀疑。处理2-MIB和GSM的主要难点在于它们的嗅阈值极低和传统水厂水处理工艺对它们的去除率很低。2-MIB和GSM的嗅阈值仅为4-10ng/L[2]，当这两种半挥发性物质在水中浓度超过其嗅阈值时，人们就会闻到土霉味和土臭味。其它影响水处理工艺对其去除率的因素是原水中天然有机质的存在，可直接与2-MIB竞争活性炭中的吸附位。
青草沙是目前上海的主要饮用水水源，卢宁[3]对其水体中的2-MIB和GSM进行的调查结果表明青草沙水中检测出来的致嗅物质土臭素最高含量为10ng/L，二甲基异冰片的含量9月份最高时可达到300ng/L，远高于其嗅阈值，因此水厂有必要在适当的季节对饮用水中臭味问题进行控制。
2. 2-MIB和GSM的产生和影响因素
2-MIB和GSM均为饱和的环叔醇类物质，主要为放线菌和蓝藻菌的代谢和生物降解产物，关于蓝藻产生2-MIB和GSM的具体合成途径目前还不清楚，但放线菌合成2-MIB和GSM的生物学机理研究已经有了初步进展。温度，阳光照射，细菌交叉反应和营养因素影响蓝藻嗅味的产生，Schrader and Blevins[4]对不同微量营养物质对GSM产生的影响进行了调查，研究表明GSM的产生受到水中Zn, Fe 和Cu 浓度的影响较大。但营养因素对蓝藻产嗅味的影响报道并不一致，这可能与不同研究者选择的蓝藻不同，其具体种属和生理生态特性存在较大差异有关。
处理技术
多项研究表明 2-MIB和GSM很难通过常规水处理工序如混凝、沉淀和砂滤去除，Bruce 等[5]的研究表明，调整混凝剂剂量和相应的反应pH值对2-MIB和GSM的去除率影响不大。对上海杨树浦水厂常规工艺（混凝-沉淀-过滤）中2-MIB和GSM浓度调查发现，各工艺段出水中的GSM含量几乎相等，而2-MIB的去除率约为20%[6]。常规氧化剂如Cl2,ClO2,和KMnO4对2-MIB和GSM的去除效果不稳定，Jung等[7]对比了不同氧化剂对2-MIB和GSM的去除率，研究表明Cl2,ClO2的去除率很低且其副产物将形成土霉味和土臭味的复合臭味，而KMnO4在高剂量的情况下去除率仍然较低，只有臭氧表现出较高的去除率，3.8mg/l的臭氧，接触时间为6.4分钟，对2-MIB和GSM去除率为85%。目前研究表明，去除2-MIB和GSM较为有效的工艺主要为三种，高级氧化技术，活性炭吸附和生物处理。
3.1 高级氧化技术
Collivignarelli等[8]研究表明，2-MIB和GSM具有一定的抗氧化作用，单独使用臭氧工艺时，去除率仅为50%。当使用紫外线和臭氧联用技术时（2-3mg/l臭氧接触时间2-3分钟，紫外线强度500-600mJ/cm2），去除率可达到90%。臭氧分子本身对2-MIB和GSM的氧化作用有限，但紫外线可以有效地分解臭氧分子以产生氢氧自由基（·OH），·OH有很强的氧化作用，可以有效地破坏藻类的代谢。
研究表明水中天然有机物（NOM）的存在是2-MIB和GSM去除率的主要影响因素，Ho等[9]对天然有机物对臭氧去除2-MIB和GSM工艺的影响因素进行了调查，研究发现水中高分子天然有机物浓度较高时，SUVA（specific UV absorption）将增高，同时臭氧使用量将加大，这结果表明水中含有高分子有机物可激发·OH的形成。研究通过对比发现，水中的有机物分子量越高，即使在CT值最低的情况下，2-MIB和GSM去除率仍然可以达到98%。Park等[10]发现在使用过氧化氢作为氧化剂时，天然有机物也有同样的作用。
研究表明温度，臭氧剂量，pH值和过氧化氢浓度的增加都会提高过2-MIB和GSM的去除率，而·OH和臭氧的CT的比率被认为是最重要的影响因素[11]。Liang等[12]的研究得到了相似的结论，研究发现pH值通是过影响·OH的浓度影响2-MIB和GSM的去除率。
Kutschera等[13]进行了真空紫外线光照射工艺去除2-MIB和GSM的研究，研究发现真空紫外线比紫外线有更好的去除效果，且其使用成本更低，但真空紫外线的使用将导致副产物亚硝酸盐的生成。Qi等[14]的研究指出铝土矿催化臭氧氧化对2-MIB和GSM的去除率为75%，但铝土矿需热处理到极高的温度以改变其晶体性质，以达到更好的催化氧化效果，这点增加了此工艺的运行成本。
高级氧化技术的使用和运行成本很高，尤其是大型设备。另外多项研究表明，在处理过程将产生有害的消毒副产物，Qi等[15]发现2-MIB降解的过程生成副产物醛，酮和溴化物等，而醛类副产物将形成新的异味物质，水厂需增加新的工序去除氧化2-MIB和GSM过程中形成的副产物。
3.2 活性炭吸附
3.2.1颗粒活性炭（GAC）的吸附
Ridal等[16]研究了加拿大某水厂中活性炭滤池去除2-MIB和GSM的长期效果，在开始两个月的研究中，其出水中的2-MIB和GSM浓度都低于其嗅阈值，证明GAC对嗅味物质的去除是有效的。研究同时发现进水的余氯值直接影响了去除效果，另外延长接触时间3分钟到14分钟，去除率将从原先的43%上升到78%。但是当研究进行到1-2年后，GAC的处理效果大大减弱，出水中的嗅味浓度将高于其嗅阈值，水体中有机物的吸附竞争是造成这一结果的最大影响因素。MacKenzie等[17]对比了不同性质的GAC对2-MIB的去除效果，研究发现木质炭的去除率要低于媒质炭。
3.2.2 粉末活性炭（PAC）的吸附
PAC使用方便，常用于季节性或应急性的嗅味处理，是最常见的2-MIB和GSM去除工艺。虽然不同水厂根据自身水厂的设计和运行流程决定不同的PAC的投加点，但PAC的最佳投加位置为沉淀池进口，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[19]。
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