饮用水特征嗅味物质与溶解性有机物的结合/解离及其去除特性研究

Odor & taste is a key index to evaluate the quality of the drinking water. The odorous compounds (OC) is a group of the most common pollutants in the raw water particularly for the algae-laden water. OC tends to bind with the dissolved organic matters (e.g. the soluble microbe products(SMP), humic substance) and result in the change of their physico-chemical properties and the corresponding migration and removal behavior. It is of particular significance to study the binding mechanism of OC with DOM for optimizing the water treatment efficiency. However, this topic has been rarely reported. This proposal commits to effectively differentiate and analyze OC in both of the bound and free forms, and to investigate the kinetic and thermodynamics patterns and models of the binding/detaching progress between OC and DOM as well as the corresponding controlling factors. The major DOM fractions that are highly possible to bind with OC and their corresponding physico-chemical properties are to be analyzed. Besides, the migration, transformation and removal characteristic of the free and bound OC during typical drinking water treatment processes would be studied. The results will provide scientific support to the stable and effective removal of OC during drinking water treatment, and to provide an innovation approach for the study of micro-pollutants and their behavior character under the DOM background.

嗅味是评价饮用水水质的关键指标，嗅味物质是原水特别是高藻原水中最普遍的污染物之一，其易与水中共存的溶解性有机物（DOM）（如溶解性微生物产物（SMP）、腐殖质等）结合（bind），并导致其理化特性及后续迁移和去除行为的改变。研究嗅味物质与DOM的“结合” 机制对水处理工艺的优化尤为关键，目前几乎未见相关报道。本课题拟在前期研究基础之上开展以下工作：建立结合/解离态嗅味物质的分离和辨析方法；探索嗅味物质与DOM结合的动/热力学规律、模型及调控机制；剖析DOM中与嗅味物质结合的关键组分及其理化特性；明确结合/解离态 嗅味物质在典型水处理工艺中的分布、相互转化及去除特性。为饮用水嗅味物质的高效稳定去除提供理论支持，也为探索DOM背景下微污染物的存在形式及行为特性提供新的研究思路。

嗅味是评价饮用水水质的关键指标，嗅味物质是原水特别是高藻原水中最普遍的污染物之一，其易与水中共存的溶解性有机物（DOM）结合，并导致其理化特性及后续迁移和去除行为的改变。本课题开展了以下工作：建立了结合/解离态嗅味物质的分离和辨析方法；研究了嗅味物质与DOM结合的动/热力学规律、模型及调控机制；剖析了DOM中与嗅味物质结合的关键组分及其理化特性；初步明确了结合/解离态嗅味物质在典型水处理工艺中的分布、相互转化及去除特性。为饮用水嗅味物质的高效稳定去除提供理论支持。研究结论：（1）实验中采用的模型有机物为鸡蛋白溶菌酶（HEL）、牛血清白蛋白（BSA）、羧甲基纤维素钠（CMC）以及海藻酸钠（SA），从两个方面研究比较了透析和超滤方法分离结合态和自由态2-MIB的可行性，结果表明两种方法均具有较高的回收率（均大于90%），超滤分离的优势是速度快，但该方法计算得到的结合态2-MIB的比例较透析法更高，可能与膜对自由态2-MIB的少量吸附有关，透析方法的优势是结果稳定，但也存在耗时较长以及透析过程后期结合态2-MIB的脱附问题。（2）2-MIB与单一有机物的相互作用结果表明各种有机物的结合能力（KF）排序为：HEL（281.54）> BSA（240.31）> CMC（121.09）> SA（97.30），说明在结合过程中，-CO-NH、-COOH、-OH的贡献较大，而芳香环结构的作用较小。通过热力学常数进一步计算出吉布斯自由能、焓变及熵变的大小。采用实际水样开展结合态2-MIB分析时，结果表明约25.7%-34.0%的结合由悬浮颗粒贡献，66.0%-74.3%由溶解性有机物贡献，且溶解性有机物与2-MIB结合的KF为3.92×103，远高于单一模型有机物。（3）不同金属离子对2-MIB与有机物的结合过程会产生显著的影响，总体而言会导致有机物的KF减小。（4）三种膜对实际原水滤后水中2-MIB（即天然有机物NOM背景下）去除率较纯水（PW）背景下去除率的增加了12.2%-22.0%不等。随着膜MWCO的不断增大，即膜孔径不断增大，2-MIB去除率的增长量就越小。进一步验证了（1）-（3）中的结论。研究成果对含嗅水处理工艺的优化具有重要理论和应用价值。