如何成功地检测和缓解：藻华以及具有味道/气味的化合物（下篇）

2022-12-13 11:26:49 440阅读次数

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可预见到的挑战

HAB的预测包括整合来自各种来源的数据，以预测爆发的可能性。该方法结合了前面所述分析的数据，并加入了五大湖预测中使用的更先进的技术，如卫星图像数据(图2)。最有效的方法是采用多面方法，将长期产生的数据作为基线，以了解个别水库的“正常”情况。只有这样才能做出相对准确和精确的测定。

处理技术

水系统必须从水源去除藻类及其代谢物，同时满足所有适用的规定。这可以在处理过程的早期通过对水库进水口附近的水充气、交替进水口、调整pH值以阻止对pH敏感的器官，以及使用硫酸铜等除藻剂来实现。大多数系统采用多重屏障方法，将油藏管理策略与物理预处理、物理去除、常规处理、生物处理、氧化和/或吸附相结合(Waer 2006)。

氧化

化学氧化被用来破坏藻类及其代谢物。高锰酸钾(KMnO4)通常在处理过程的早期使用，以最大限度地延长接触时间。KMnO4与许多其他氧化剂不同，它产生的DBP很少，甚至不产生dbp，它还有助于使藻类细胞恢复，并在与消毒剂接触之前将它们清除，防止细胞裂解和细胞内化合物释放到水中。然而，它在去除土臭素和MIB方面不如其他氧化剂有效。应该注意使用正确的剂量，因为高浓度会导致成品自来水出现粉色/红色的变色情况。

二氧化氯(ClO2)是一种预氧化剂，比KMnO4更有效地去除土臭素和MIB，但它有更多的管理要求，因为它通常是现场产生的，必须密切监测DBP亚氯酸盐以确保符合法规。

氯(Cl2)在氧化T&O化合物方面的效果最低，在高剂量时卤化DBPs的形成是一个值得关注的问题。臭氧(O3)在氧化T&O化合物方面非常有效，但系统建设和管理成本很高，臭氧产生的dbps(包括溴酸盐、醛和酮)可能存在问题。

高级氧化过程(AOP)将O3与紫外线(UV)光或过氧化氢(H2O2)或UV与H2O2结合。这些设备的建造和操作可能很昂贵，但它们可以有效地消除T&O化合物，并且在消毒前结合生物过滤可以降低DBP的形成潜力。

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图2

生物过滤

有些水系统会利用水源水的微生物。每个水源都有一个独特的群落，可以在现有的植物过滤器中“培养”，使它们在通过介质时降解有机化合物。预氧化的组合，如AOP和生物过滤，是减少T&O化合物的有效方法。生物活性炭过滤器可将生物去除与吸附相结合。

吸附

吸附是一种高效的处理方法，通常采用粉末活性炭(PAC)或颗粒活性炭(GAC)。在处理过程的早期添加PAC，使有机化合物有时间吸附到碳颗粒上，并在凝固过程中变重时沉淀下来。PAC也常与KMnO4一起使用。PAC用量可根据T&O浓度的波动进行调整。

GAC通常用于代替砂和/或无烟煤过滤介质。GAC的有效性随着时间的推移而降低，因为活性位点被吸附的有机物质所充满，因此媒介最终必须被替换或再生。当水源水有机物含量较高时，GAC有效性可迅速降低。

早期预警与预防

德克萨斯州威奇托瀑布市有一个地表水系统，对五个水源享有法定权利，其中四个主要用于治理:箭头湖、Kickapoo湖和坎普湖/湖泊分流系统。该系统有两个水处理设施——cypress水处理设施，有一个先进的和三个常规处理厂，Jasper水处理设施，有两个常规处理厂，包括一个水分配系统(图3)。该水系统在2016年2月和8月经历了两次极端的T&O事件。2016年8月，在两周的时间内收到了数百个客户投诉。为了缓解这一问题，威奇托福尔斯市的Cypress环境实验室设计并实施了一项综合监测计划，使用探测仪、传统气味阈值(TON)和改进的气味剖面分析(FPA)、单四极GC-MS/ECD系统、流成像显微镜和qPCR (Adams等人，2018年)。对现有的水系统氧化和吸附过程进行了评估和优化。自该计划实施以来，该市没有收到任何额外的与T&O相关的客户投诉

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图3

在过去5年里，共检测到13次源区T&O事件，历时19个月。其中11个事件被缩小到一个特定的蓝藻分类单元。就持续时间和浓度而言，最大的事件发生在2020年2月至5月，当时一股水藻爆发达到了> 1500链/毫升，土臭味素水平超过了15,000纳克/升(图4)。最近的一次爆发发生在2020年7月，实验室得以测试其监测方案的各个方面，以确定有效性(图5)。在向公众分发水之前，每一股水藻爆发都得到了检测和缓解。

应对措施和工具的有效性

源湖、蓄水池和两个水处理厂都按季节进行监测。较温暖的夏季每周约有3至5天，而较寒冷的冬季每周只有1天。当检测到T&O事件时，必须系统地收集高质量数据，以指导缓解。市政府的计划是有效的，因为有了更频繁的监测，实验室能够在小问题变成大问题之前发现并解决它们。

当检测到藻类事件时，会通知公用事业主管，并增加测试频率。如果情况恶化，电力公司可以将水源转移到没有水华的湖泊。如果在多个湖泊中发生藻华，则在工厂增加处理，包括ClO2作为原水的主要消毒剂，KMnO4在植物泻湖和澄清池中，以及PAC在澄清池混合区，在处理过程中吸附和沉淀T&O化合物。在此期间，实验室增加对植物或源容器的检测和化学添加，直到花潮消退。

在藻华的初期阶段进行处理是至关重要的，因为大规模的藻华很难处理，而且藻类细胞中的任何化合物，如毒素和T&O，都可能大量释放出来。斑点处理在很多情况下都有效，但只对达到一定大小或细胞数量的花苞有效。过度处理，比如，杀死所有的藻类和蓝藻细胞就会创造了一个不平衡的生态系统，更容易受到大规模蓝藻爆发。纳巴藻和微囊藻是两种遍布全球的氰基细菌，它们可以在短短几天内控制整个水体。目标是通过主动监测在源头实现控制。为了实现这一目标，公用事业公司必须了解当地湖泊和水库的湖沼，以及连接其储存和运输系统组成部分的基础设施(Taylor et al. 2006)。

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图4

多参数探测仪用于监测温度、溶解氧、pH值、叶绿素a和藻蓝色素。每个月都要对每一英尺深度的湖泊进水口进行剖面测量，以确定是否发生了储层分层。色素浓度也可以用来确定蓝藻和藻类细胞数量更高的可能性。

样品制备完成后，按照方法2150B(标准方法2017)进行传统的TON测试，以确定T&O事件的大小，而根据方法2170(标准方法2017)进行修改的FPA，使用嗅觉检测而不是味觉来确定存在的气味类型。就像没有一种分析方法可以检测出水中所有的化学污染物一样，没有一种感官方法可以提供T&O问题的所有答案(Dietrich et al. 2003)。TON和FPA结果使技术人员能够弥补这一差距，并选择使用GC-MS /ECD方法来确定T&O化合物浓度。

一个半自动化的流动成像显微镜(FlowCam)被用来识别和枚举藻类和蓝藻细菌，并将它们分类为T&O生产者和过滤器堵塞者。知道哪些类群存在有助于阻止是否有可能发生T&O或氰化物毒素事件。化学分析可以表明T&O或氰化毒素化合物是否已经存在于水柱中，而对生物体的鉴定表明，即使化合物未被检测到，加强监测是谨慎的做法。

蓝藻爆发的存在并不意味着生物体是有毒的或产生T&O化合物。然而，没有毒素或T&O化合物并不意味着问题不紧急(Westrick & Szlag 2018)。T&O化合物可以通过使用Adam和其同事(2020)描述的GC-MS方法所选择的离子监测(称为SIM)进行检测和定量。

由于该地区许多最成问题的蓝藻都能产生氰化物毒素，因此qPCR(使用CyanoDTec)被用于确定蓝藻和产生氰化物毒素的基因的存在和丰度。qPCR阳性检测后由第三方实验室用液相色谱-串联质谱法进行分析确认，这些数据与qPCR结果直接相关。

持续监测

Cypress环境实验室继续监测水源水样的T&O化合物，以确保自来水保持无问题。在过去的几十年里，人们对T&O化合物进行了重要的研究，但仍存在许多问题。感官质量和T&O的感知仍然是消费者饮用自来水的最大障碍。通过整合生物和化学方法，Cypress环境实验室已经能够主动监测藻类和蓝藻细菌以及它们产生的T&O化合物和蓝藻毒素。在经历了60多年的完全开放后，威奇托福尔斯市使用这种方法在能够T&O问题到来之前完全解决了它们。

流式颗粒成像分析系统

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