嗅味指纹技术结合构效关系模型识别河流型水源中关键腥臭味物质的研究

Taste/odor has become one of the major indexes influencing the water quality up to drinking water quality standard in China. Especially for river water sources, high septic odor intensity often occurs with long period, but the key odor causing compounds are difficult to be determined. This lead to no target to set for water source management or water treatment. In this program, focusing on the typical river water sources with high septic odor occurrence, the odor fingerprint profile will be first established based on GC-Olfactory analysis. Then the major compounds will be elucidated using GC×GC×HiRes-TOFMS analysis. A QSAR model will be constructed for predicting the potential septic odorants. Based on the odor causing compounds elucidating from the odor fingerprint profile and QSAR prdiction results, a potential septic odorant list will be presented. After this, the concentration and dynamic variation of the potential septic odorants will be investigated in the selected river water sources. Base on this, the individual odor contribution and odor similarity will be evaluated with the raw water odor characteristic. Then the key septic odor causing compounds and individual contribution to the whole odor will be made clear. This research can provide scientific idea and technical support to clarify the septic odor sources in river water, and to adopt the effective control technologies.

嗅味已成为当前影响我国饮用水水质达标的主要指标之一。尤其一些河流型水源，长期存在较重的腥臭味问题，但关键致嗅物质难于确定，导致水源管理和水厂工艺处理缺乏目标。本研究以存在腥臭味的河流型水源为研究对象，综合利用气相色谱嗅闻与全二维气相色谱高分辨飞行时间质谱相结合的手段，构建和解析嗅味指纹图谱的同时,结合基于定量构效关系的腥臭味物质推断模型的构建与预测，进行腥臭味物质的识别，得到可能的致腥臭味化合物清单，在此基础上，结合水源中可能致腥臭味物质的浓度水平和动态变化调查，评价其模拟重组后的嗅味特征相似性，确定河流型水源中的关键致腥臭味物质和对总体嗅味的贡献，为阐明河流型水源中腥臭味的来源、建立有效的致腥臭味物质控制技术提供科学思路和技术基础。

作为一种能够直接感受到的感官指标，人们对于饮用水“臭和味”指标的关注度越来越高。河流水源由于开放性特征，更易受到周边环境影响，嗅味问题原因更为复杂，且国内外有关研究较少。我国一些河流型水源，长期存在较重的腥臭味问题，但关键致嗅物质难于确定，水源管理和水厂工艺处理缺乏目标。本项目建立了基于感官气相色谱-全二维气相色谱质谱联用的复杂嗅味物质识别方法，结合河流水源中典型嗅味物质识别、浓度水平和动态变化的调查，利用嗅味活性指数、模拟重组以及定量构效关系模型等方法，确定了典型河流水源中腥臭味问题的关键致嗅物质，并对典型水处理工艺控制效果进行了评估，可为我国饮用水嗅味问题的有效管控提供依据和技术支持。本项目主要取得如下成果：.（1）建立了河流型水源复杂水质条件下的嗅味物质识别方法。利用计算保留指数将感官气相色谱获得的嗅味峰（包括嗅味特征和保留时间）进行标记，得到嗅味指纹图谱，进一步利用全二维气相色谱高分辨飞行时间质谱对关联的嗅味峰进行物质解析，并利用标准物质对化合物及其嗅味特征进行进一步的确认，同时利用构效关系模型对可能产生类似嗅味的化合物结构特征进行了预测。.（2）识别出典型河流水源的主要嗅味物质。对常年存在腥臭味（FPA5~8级）和土霉味（FPA4-7级）问题的河流进行嗅味识别，共识别出26种嗅味物质；通过嗅味活性指数和模拟重构试验，发现MIB和geosmin对腥臭味具有明显的协同（增强）效应，在此类物质的增强效应下，双（2-氯异丙基）醚、二甲基二硫醚、二乙基二硫醚等为导致腥臭味的主要原因物质。.（3）对臭氧-生物活性炭（O3-BAC）深度处理工艺对河流水源中复杂嗅味的控制效果进行了评价。臭氧投加量1.0mg/L条件下，O3-BAC工艺可以有效控制腥臭味、土霉味及不同浓度的主要嗅味物质双（2-氯异丙基）醚、二甲基二硫醚、二乙基二硫醚、土臭素和2-甲基异莰醇，然而沉淀工艺段出水中嗅味强度和主要嗅味物质浓度显著提高，应在工艺运行中加强沉淀排泥等的有效管理。