题名低温产嗅藻生长特征及嗅味物质产生规律研究
作者刘婷婷
答辩日期2019-06
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师杨敏 ; 于建伟
关键词饮用水水源,低温期,鱼腥味,产嗅藻,嗅味物质 Source Water, Low Temperature, Fishy Odor, Odor-causing Algae, Odorants
学位名称工学博士
其他题名Odor-causing algae during low temperature: the growth and fishy odorants production
学位专业环境工程
英文摘要

      嗅味是影响饮用水水质的重要感观指标,湖库等水源中产嗅藻的异常增殖是饮用水嗅味的主要来源之一,其中2-甲基异莰醇(MIB)和土臭素(geosmin)导致的土霉味问题最为常见。此类嗅味问题多与夏秋季水温较高条件下的蓝藻增殖相关,且在产生机制及处理技术等方面已有较多研究。然而,冬春季节低温期、甚至冰雪覆盖的水体中,尤其在我国以黄河为水源的相关城市,鱼腥味为主的嗅味问题也多有发生。虽有报道其与一些藻类的生长代谢有关,但由于主要致嗅物质等难于确定,同时对于相关的产嗅藻以及嗅味物质生成规律等均缺乏系统的研究,导致难于采取针对性的应对处置措施,给当地饮用水水质造成极大的困扰。本研究针对北方某水库水源冬春季的鱼腥味问题,在对主要嗅味物质和产嗅藻进行识别的基础上,分离获得了相关典型鱼腥味产嗅藻,进而针对不同温度、光照等环境因子条件下,相关产嗅藻的生长态势和嗅味生成特征进行了系统研究,探明了此类嗅味问题的生成规律特征,同时对预氧化条件下相关产嗅藻及鱼腥味物质的去除特征进行了初步探索,以为自来水厂应对此类嗅味问题提供科学和技术支撑。主要研究内容及得到的结果如下:
      (1)对北方某水库水源冬春季低温期鱼腥味问题进行了系统解析。调查结果 表明,期间出现较重的鱼腥味问题,强度等级达到六级以上;结合感观气相色谱和全二维飞行时间质谱分析,识别确认存在 5种典型鱼腥味物质,统计分析表明 2,4-庚二烯醛 r2=0.879)和 己醛 r2=0.801)与鱼腥味强度有较强的相关性其次分别为 2,4-癸二烯醛 r2=0.388)、 2-辛烯醛 r2=0.388)和 庚醛 r2=0.651
等;藻类种群监测结果表明,金藻、硅藻、隐藻和甲藻是主要的优势藻,统计分析结果表明,锥囊藻、辐尾藻、黄群藻、棕鞭藻和多甲藻五种藻与鱼腥味物质具有显著相关性,是诱发鱼腥味问题的主要藻 类。
       (2)通过分离培养获得了主要的鱼腥味产嗅藻。对该水源条件下的产嗅藻
进行分离,获得了 10种 常见低温 产嗅藻,其中 4种 能够产生 较强的 鱼腥味 ,包括锥囊藻、辐尾藻 、黄群藻和棕鞭藻 。 进一步对 分离 藻的 产嗅特征进行分析, 确认了不同产嗅藻的嗅味物质产生潜力, 其中 2,4-庚二烯醛 产生潜力最高的为锥囊藻, 己醛 产生潜力最高的为直链藻。结合实际水体中藻类的检出密度,对各种藻的产嗅量进行了评估,结果显示锥囊藻、辐尾藻的鱼腥味物质产量最高,对整体鱼腥味的贡献最大,其次是黄群藻、棕鞭藻和多甲藻。直链藻由于检出密度较低,对整体鱼腥味贡献较小。
      (3) 对低温条件下鱼腥味问题产生的原因进行了解析。发现典型鱼腥味产嗅藻(黄群藻和棕鞭藻)代谢产生的鱼腥味物质主要以2,4-庚二烯醛和 2,4-癸二烯醛为主,其单细胞产量是2-辛烯醛和 2,4-辛二烯醛的10-60倍;低温低光照条件下的单细胞产嗅量显著提升,其中低温(8°C)条件下的产嗅量是高温(24°C)条件下的3-5倍,低光照(10 μmol photons m-2 s-1)条件下是高光照(185 μmol photons m-2 s-1)条件下的2-4倍;进一步结合原位损失实验,生物降解是溶解性鱼腥味物质损失的主要过程(半衰期在低温和高温条件下分别为6-10 h和2-4 h),而挥发对鱼腥味物质损失的影响较小(半衰期在低温和高温条件下分别为36-97 d和6-17 d);因而,鱼腥味产嗅藻产嗅量的增加和生物降解能力下降,是低温条件下鱼腥味发生的主要原因。
      (4)对常用氧化剂条件下的典型鱼腥味物质去除情况进行了初步研究。发现次氯酸钠对2,4-庚二烯醛和己醛的去除效果均较差(低于25%),而高锰酸钾对2,4-庚二烯醛处理效果较好,对己醛去除效果较差,臭氧均具有良好的去除效果;进一步对典型鱼腥味产嗅藻的氧化效果进行了评估,发现高锰酸钾对藻细胞的完整性影响较小,而臭氧可迅速破坏藻细胞的完整性使胞内嗅味物质释放,但可迅速氧化去除;从鱼腥味控制方面来说,高锰酸钾和臭氧可作为鱼腥味产嗅藻诱发嗅味问题控制的重要技术手段。

语种中文
页码126
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/42252]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
刘婷婷. 低温产嗅藻生长特征及嗅味物质产生规律研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2019.
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