金年会

随着湖泊富營養化現象的日益嚴重，水體出現異色乃至異味現象不斷發生，世界各地屢見報道，同時水體異味事件将會嚴重影響着飲用水源地的供水安全。針對水體發生異味的研究，己成為現階段環境科學、湖泊生态學和水科學等衆多學科研宄領域的焦點問題。近些年太湖污染嚴重，藻類水華逐年加劇，其水體發生異味的頻次逐年增多，以緻于會最終影響人們的生活。特别是2007無錫市自來水廠水體發生的嗅味事件，給生活和生産帶來極大負面影響。

湖泊富營養化現象最極端的表現是規模性的藻類水華的多頻次聚積、暴發而形成的“黑水團”，使得其對湖泊水環境産生質的變化。野外調査結果顯示，太湖部分湖灣區域及西岸湖濱帶地區，水生高等植物、藻類水華殘體大量聚積，沉積物淤積厚度甚至高達一米以上。該區域水體、沉積物散發處強烈的刺激性氣味，直接影響水生動物及周圍環湖居民的生存環境。同時，作為主要重要的感官指标，若水體發生嚴重異味情況，就會立即引起公衆的恐慌。因此，在富營養化湖泊水體中，藻類水華聚積分解引起的嗅味物質的産生、釋放必須引起特别重視。

1.藻類衰亡過程中的物質釋放

當藻類水華暴發時，受風向、水流等因素的影響，容易向湖灣及湖濱帶聚積。藻類水華在湖面水體表面聚積，形成藻類聚積層，阻抑了水體的大氣複氧過程；同時，藻類聚積層下方的藻類發生死亡，進一步消耗水中氧氣，導緻聚集積層－水界面迅速進入缺氧狀态。微生物在缺氧條件下進行厭氧發酵會産生大量的有機酸，同時藻細胞死亡率降解生成大量還原性物質。其形成過程如圖1-1所示。藻類在湖面不斷聚集、衰亡，其殘體碎屑沉降，在湖底逐漸形成藻類殘體堆積，富含有機質的堆積不斷增厚，對上覆水環境亦産生影響。研究表明，在專性厭氧微生物的作用下，水體中SO42-和有機質被快速還原，再加上沉積物在厭氧條件會向水體中釋放營養鹽，使得水體環境急劇惡化，甚至産生黑臭現象。

圖1-1典型湖岸帶藻類聚積污染形成過程

Figurel1-1 Formation Process of pollution during the accumulation of cyanobacteriaon in typical lakeshore.

富營養化湖泊中的藻類富集了水和沉積物中的營養鹽等物質，形成了大量有機質。藻類碎屑殘體腐解一方面消耗水中的溶解氧，另一方面也向水中釋放營養鹽。同時，還可能産生其他污染物質，如黑臭物質等，導緻富營養化水體水質惡化。

藻類屬于低等植物，其組成相對簡單，尤其是原核生物藻類，由于其碎屑顆粒小、比表面積大，因此分解速度快。在适宜的氣象條件下，４d内就可以分解物質幹重的50%左右快速的分解速率使藻類碎屑在短期内将大量氮、磷營養鹽釋放至水體中，并且随藻類堆積量的增大，營養鹽釋放強度增大。

藻類的腐解過程十分複雜，包括藻體組織的水解、礦質成分及可溶性有機物的溶解、各類有機組分的酶解和生物降解等。其基本過程可分為兩個階段，第一階段是藻類殘體的快速解體及有機物的釋放，第二階段是難溶性的有機物在微生物以及胞外酶作用下緩慢分解。

水華藻類在适宜的水文氣象（如溫度、光照、風力等）條件下會逐漸聚集并大量堆積，導緻溶解氧濃度降低，堆積量不同，厭氧程度有所差異，藻類腐解過程也會有所差别。一般而言，藻類堆積腐解中釋放至水體中有機物濃度持續上升。

部分藻類水華在生長繁殖及分解過程中釋放出具有嗅味的次生代謝産物，如Ｐ－紫羅蘭酮、Ｐ－環檸檬醛、土嗅素、二甲基異茨醇等；藻類聚積分解時這些嗅味物質可以從細胞内大量釋放至水中，導緻湖水出現異味。

藻類厭氧腐解過程中，藻細胞中的蛋白質、脂肪、碳水化合物等複雜的有機物經水解和厭氧發酵後會進一步轉化為氨基酸、多肽、單糖等，再經微生物進一步分解生成分子量更小的物質，如脂肪酸類化合物（乙酸、丙酸、丁酸）、H2、CH4、O2以及系列揮發性硫化物（硫化氫、甲硫醇、二甲基三硫醚、二甲基三硫醚、二甲基硫醚等）。藻類厭氧分解釋放的無機揮發性硫化物與沉積物中的Fe、Mn等重金屬結合形成緻黑物質，在風浪作用下發生再懸浮，引發水體産生“黑水團”現象。

迄今為止，國内外針對藻類腐解産物的研究主要集中于氮磷營養鹽、有機物、嗅味物質的組分及含量的測定，而各種組分之間的衍生關系及穩定性尚缺乏深入的研究。

2.藻源性嗅味物質研究進展

在富營養化水體中，異味物質是對水環境影響最大的物質源之一。特别是近年來各地水體異味事件屢見發生，因此水體異味，特别是藻源性異味問題己成為目前水環境研究熱點之一。

2.1藻源性嗅味物質分類

近年來除了太湖局部水域黑臭現象頻發，國内外的其他湖泊，如日本的霞浦湖、琵琶湖，布什爾州内的淡水湖泊及滇池等都曾報道過關于水體發生異味的情況。嗅味物質的産生主要來源于藻類厭氧分解過程中有機物的降解和藻類生長、繁殖、代謝，根據其嗅味物質的基本類型、主要來源及産生機理，可以分為以下種：

（1）具有土黴味的嗅味物質。二甲基異茨醇（2-MIB）和土臭素（GSM）為常見的具有土黴味的嗅味物質，主要為藻類的次生代謝産物。GSM與2-MIB的結構式

如圖。

GSM與2-MIB的基本理化性質如表1-1。

    （2）具有煙草味、果香味等嗅味的物質。β-環檸檬醛、β-紫羅蘭酮，為藻類細胞中類胡蘿蔔素的降解産物。當水體中β-Cyclecitral的濃度不同時感官嗅覺會有很大差異，當其濃度小于1µg/Ｌ時為鮮草味，濃度值介于2-20µg/Ｌ時為幹草木味，濃度值大于20µg/Ｌ時則為類煙草味。與β-Cyclecitral相比，β-Ionone的産生嗅味的阈值較低，僅為7µg/Ｌ。兩者的結構式如圖1-3。 

對瑞士不同富營養化水平的湖泊調查顯示，β-Ionone的産生與浮遊顫藻密切相關。進一步的研究表明，β-Cyclecitral與β-Ionone在水中主要以顆粒态存在；同時，β-Cyclecitral與β-Ionone的産生源于相同的代謝途徑

（３）具有沼澤味的嗅味物質。硫醇、硫醚類藻類細胞中含硫有機物厭氧分解所産生的一類緻嗅有機物。典型的物質有甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚等。其結構式如下圖所示。

早在1977年Zinder就指出，在厭氧條件下，藻類聚積會迅速産生包括無機硫化氫、硫醚、硫醇等在内揮發性硫物。進一步研宄表明，高濃度的硫醚也有可能是某些細菌的代謝産物。同時，藻體細胞中存在的二甲基磺基丙酯，會在細胞死亡破裂後進入水體，經微生物作用、甲基化等階段，形成甲基化硫醚物質。