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杨敏:人类活动影响下饮用水天然源风险物质的识别、转化与调控

  饮用水安全一直关系着国计民生,其中天然源风险物质是近年来饮用水安全方面的研究热点。在本届大会上,中国科学院生态环境研究中心杨敏研究员做了《人类活动影响下饮用水天然源风险物质的识别、转化与调控》的报告,系统介绍了天然源污染物的危害及团队在天然源污染物的风险识别与调控尤其是嗅味识别及产嗅藻原位调控策略方面的工作进展。(根据大会录音整理,未经本人审核。)
  天然源污染物的危害
  天然源风险物质种类繁多、组成复杂,产生于生物地球化学过程,无法通过环境管理从源头予以阻断。人类活动导致生态系统退化,加大了天然源物质造成的饮用水风险。饮用水中有明确健康危害的污染物大多为天然源物质,如藻毒素、病原微生物、消毒副产物等。
  天然源污染物的风险识别与调控
  围绕天然源污染物的风险识别与调控,杨敏研究员介绍了团队开展的嗅味识别与控制策略、新型消毒副产物识别与控制、不明原因肾病追因及控制、两虫检测技术与风险评价等工作。
  在嗅味识别与控制策略方面,建立了嗅味定性定量表征技术和嗅味物质识别技术,在全国范围内展开大规模的饮用水水质调查,包括嗅味的特征、物质、分布及来源等,并提出了嗅味物质可处理性评价和藻源嗅味原味控制技术,最后将这些研究成果通过标准、软件、工程示范及技术服务等进行应用验证。
  针对消毒副产物,建立了FT-ICR MS法,发现约1000种新型消毒副产物,新发现478种溴代消毒副产物,并利用池内共振裂解方法获得可能结构;氯氨消毒工艺下,与氯代消毒副产物相比,一些H/C比低、芳香度比较高的天然有机物分子更易生成碘代消毒副产物;在全国水质调查中发现,东北地区水中三卤甲烷类消毒副产物含量较高,通过高分辨质谱分析发现三卤甲烷类消毒副产物前体物主要是高氧碳比,高电负性的天然有机物。
  针对斯里兰卡的不明肾病(CKDu),中斯政府间合作共建“中斯水中心”,组建了包括北京大学医院、北京CDC、北京大学、复旦大学在内的CKDu研究团队。调研中发现当地饮用的地下井水可能是导致CKDu发展的因子,病区地下井水中硬度和氟含量与对照区差异显著。团队开发了硬度和氟联合去除的电渗析技术,并在当地进行了应用示范。该技术能耗低,产水量高,在当地很受欢迎,政府招标建水厂时电渗析技术得到推广。
  针对“两虫”风险评价,建立了密度梯度分离荧光抗体法,该方法纳入住建部行业标准《城镇供水水质标准检验方法》CJ/T141-2018,并推荐纳入《生活饮用水标准检验方法》(GB5750),目前已完成方法验证。在此基础上,与企业联合开发了低成本的“两虫”检测自动化预处理设备及辅助识别系统。
  嗅味识别及产嗅藻原位调控策略
  杨敏研究员进一步详细介绍了其团队在嗅味识别及产嗅藻原位调控方面的工作进展。通过对55个城市209座水厂调查发现,80%以上地表水源和近一半出厂水存在不同程度嗅味,主要嗅味类型为腥臭味和土霉味。基于感官气相色谱法发现二甲基三硫等硫醚类物质是无锡嗅味事件的关键致嗅物。长期研究中发现黄浦江水源存在两种嗅味,土霉味和腥臭味。将全二维气相色谱高分辨质谱与感官气相色谱法结合,成功识别出黄浦江水源15种致嗅物,并对嗅味活性值排序和嗅味重构发现,硫醚类物质是腥臭味的主要致嗅物,土霉味物质可增强硫醚类物质导致的腥臭味。全国调查中发现硫醚类物质是全国各地水中腥臭味的关键致嗅物。


  水源中2-甲基异茨醇(MIB)是产生土霉味的主要物质,主要由丝状蓝藻产生。通过建立藻的生态学模型并检测证明,在营养条件充足的条件下,光能是驱动水体藻类群落结构发生变化的主要因子,进而推测出产嗅藻适宜在底层、亚表层生长。
  为控制密云水库的嗅味问题,通过实验室模拟和水库原位确认提出了基于水下光照调节的产嗅藻原位调控策略,水库水位维持在146米,嗅味风险降至5%以下,水位调控的效果得到了历史监测资料的验证。青草沙水库中部MIB高发,调查发现水库中部的泥沙沉降导致消光系数降低是产嗅藻生长的主要原因,因而提出了基于浊度的调控策略。通过模型模拟发现,增加水库流量60%-80%,产嗅藻爆发风险降低40-60%。这一模型有待进一步验证。

  来源:城科会水环境与水生态分会