水体营养盐低也有问题？水源水库中的藻源嗅味

引言

人们对太湖、滇池等富营养化程度较高的水体非常熟悉，水中营养盐充足、夏季水温、光照合适时容易出现蓝藻水华现象。然而，还有一类水体，成为重要的饮用水水源，营养盐含量整体较低，却也存在藻源性水质问题。

中科院生态中心杨敏团队历时十年在完成 55 城市 209 座水厂的水源水质调查基础上，发现这些水质相对较好的水库水源中有近一半水体（41%）中存在藻源性嗅味问题，迫使水厂不得不采用活性炭吸附或深度处理去除水中致嗅物质。藻源致嗅物质主要为 2-甲基异莰醇（MIB）和土臭素（geosmin)，分别导致水体呈现“霉味”和“土味”，已被新增列入《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）强制标准。在我国，由 MIB 导致的饮用水嗅味问题更为普遍。MIB 最早均在放线菌代谢物中测得，但后来证明丝状蓝藻是饮用水源中更为重要的产生来源。那么，为何这类丝状 MIB 产嗅藻更倾向于在饮用水源中生长？能否找到适合于饮用水水源防控方法呢？

为何 MIB 产嗅藻更倾向于在饮用水源中生长？

MIB 为为萜类物质，是细胞色素（叶绿素 a、叶黄素等）合成过程中的次生代谢产物。至今为止，统计发现至少有 24 个蓝藻藻种可代谢产生 MIB，主要为蓝藻门下的颤藻属、席藻属、假鱼腥藻属、浮丝藻属等。绝大部分 MIB 产嗅藻种为丝状蓝藻，具有相对独特的种群特征。

1）丝状产嗅藻适合在中等光强下生长：不同于水华型蓝藻（如微囊藻）具有强光保护机制，丝状蓝藻在强光下发生光抑制效应，适宜在水体亚表层和底层生长，和嗜好表层生长水华型蓝藻具有不同的生态位，在光竞争中处于被动地位。2)丝状产嗅藻对营养盐需求不高：丝状产嗅藻在水体中通常不占优势，对营养盐需求不高；此外，由于它们主要在亚表层与底层生长，更容易获取到从底泥内源释放的营养盐物质。3)丝状产嗅藻最适温度低于水华型蓝藻：微囊藻最适温度达到 30°C 左右，而大部分丝状产嗅藻最适温度在 22-25°C 之间。因此，丝状产嗅藻在营养盐相对不高、蓝藻水华不易爆发的水体中更容易发生，这也是我国饮用水源水库中 MIB 普遍发生的主要原因。

如在我国北方水源水库中，营养盐含量较低（TP 约 10 μg/L），但在秋季水库浅水区存在短暂的 MIB 问题。夏季，在蓝藻大量生长前，水体中营养盐相对充足，光照、水温较高，为表层生长的微囊藻提供了适合的生长环境；另一方面，表层微囊藻生长降低了水体透明度，阻碍了太阳光照往下传输，抑制了亚表层以下丝状产嗅藻的生长。进入 9 月后，由于该水库营养盐本底值不高，加上微囊藻生长消耗，表层营养盐浓度非常低，不足以支撑大量微囊藻生长；正是因为表层微囊藻的消亡提升水体透明度，丝状蓝藻从而获得适宜的光照开始短暂的生长，并同时产生 MIB。

适合于饮用水水源的 MIB 产嗅藻防控方法

当水源中 MIB 浓度较高时，水厂不得不使用大量活性炭吸附去除水中 MIB 物质，显著提升水厂制水成本，也会影响后续其他工艺，而且当 MIB 浓度过高时，水厂完全去除存在一定难度。因此，在水源中防控产嗅藻的生长，源头阻断 MIB 的产生是最根本的方法。但由于水源的特殊性，常用于富营养化水体中水华控制的化学药剂杀藻方法不可取，而且 MIB 产嗅藻与水华型蓝藻具有不同的种群特征，因此需要在明确产嗅藻生态位特征基础上开发针对性的水源防控方法。

由于 MIB 产嗅藻适宜在水体亚表层以下生长，且主要受到水下光照驱动，因此可以在明确产嗅藻光阈值基础上通过改变水下光环境实现产嗅藻抑制。利用光在水中呈对数衰减传输原理，可以通过提升水位或/和水体浊度（消光系数）将水库从适宜产嗅藻生长调节至不适宜生长的水环境。

调光抑藻控嗅技术应用于上海水源水库

青草沙水库为上海新建水源水库，供水规模 500 万 m$^3$/日，服务上海约 1800 万城市居民，建库以来存在季节性 MIB 问题。在和上海城投原水有限公司连续多年合作研究基础上，确定了水库产嗅藻种及其光阈值，明确了库北浅水区为水库产嗅高风险区。在此基础上提出了利用长江高浊原水和水库库北排水闸加大水库引排流量，使得高险区浊度提升、水下光照下降，达到抑制产嗅藻生长的目的。2020 年起利用江库水位差自流提升引排流量，实现致嗅物降低 80%以上，基本解决了多年困扰该水库的嗅味问题。

参考文献

Su, et. al. (2022). Light-dominated selection shaping filamentous cyanobacterial assemblages drives odor problem in a drinking water reservoir. In npj Clean Water. https://doi.org/10.1038/s41545-022-00181-2
Su, et. al. (2021). Ecological niche and in-situ control of MIB producers in source water. Journal of Environmental Sciences. https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.03.026
Su, et. al. (2021). Identification of MIB producers and odor risk assessment using routine data: A case study of an estuary drinking water reservoir. Water Research. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.116848
Su, et. al. (2018). Succession and interaction of surface and subsurface cyanobacterial blooms in oligotrophic/mesotrophic reservoirs: a case study in Miyun Reservoir. Science of The Total Environment. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.307
Su, et. al. (2017). Reducing production of taste and odor by deep-living cyanobacteria in drinking water reservoirs by regulation of water level. Science of The Total Environment. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.134
Su, et. al. (2015). MIB-producing cyanobacteria (Planktothrix sp.) in a drinking water reservoir: Distribution and odor producing potential. Water Research. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.09.038

更多参考资料：https://drwater.net/publication/

来源: 科萤书院

--- title: "水体营养盐低也有问题？水源水库中的藻源嗅味" date: 2022-08-19T11:30:00+08:00 lang: zh authors: - "苏命" categories: - 蓝藻 - 嗅味 - MIB - 水库 - 饮用水 - 生态位 description: "" --- ## 引言人们对太湖、滇池等富营养化程度较高的水体非常熟悉，水中营养盐充足、夏季水温、光照合适时容易出现蓝藻水华现象。然而，还有一类水体，成为重要的饮用水水源，营养盐含量整体较低，却也存在藻源性水质问题。中科院生态中心杨敏团队历时十年在完成 55 城市 209 座水厂的水源水质调查基础上，发现这些水质相对较好的水库水源中有近一半水体（41%）中存在藻源性嗅味问题，迫使水厂不得不采用活性炭吸附或深度处理去除水中致嗅物质。藻源致嗅物质主要为 2-甲基异莰醇（MIB）和土臭素（geosmin)，分别导致水体呈现“霉味”和“土味”，已被新增列入《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）强制标准。在我国，由 MIB 导致的饮用水嗅味问题更为普遍。MIB 最早均在放线菌代谢物中测得，但后来证明丝状蓝藻是饮用水源中更为重要的产生来源。那么，为何这类丝状 MIB 产嗅藻更倾向于在饮用水源中生长？能否找到适合于饮用水水源防控方法呢？ ## 为何 MIB 产嗅藻更倾向于在饮用水源中生长？ MIB 为为萜类物质，是细胞色素（叶绿素 a、叶黄素等）合成过程中的次生代谢产物。至今为止，统计发现至少有 24 个蓝藻藻种可代谢产生 MIB，主要为蓝藻门下的颤藻属、席藻属、假鱼腥藻属、浮丝藻属等。绝大部分 MIB 产嗅藻种为丝状蓝藻，具有相对独特的种群特征。 1）丝状产嗅藻适合在中等光强下生长：不同于水华型蓝藻（如微囊藻）具有强光保护机制，丝状蓝藻在强光下发生光抑制效应，适宜在水体亚表层和底层生长，和嗜好表层生长水华型蓝藻具有不同的生态位，在光竞争中处于被动地位。2)丝状产嗅藻对营养盐需求不高：丝状产嗅藻在水体中通常不占优势，对营养盐需求不高；此外，由于它们主要在亚表层与底层生长，更容易获取到从底泥内源释放的营养盐物质。3)丝状产嗅藻最适温度低于水华型蓝藻：微囊藻最适温度达到 30°C 左右，而大部分丝状产嗅藻最适温度在 22-25°C 之间。因此，丝状产嗅藻在营养盐相对不高、蓝藻水华不易爆发的水体中更容易发生，这也是我国饮用水源水库中 MIB 普遍发生的主要原因。如在我国北方水源水库中，营养盐含量较低（TP 约 10 μg/L），但在秋季水库浅水区存在短暂的 MIB 问题。夏季，在蓝藻大量生长前，水体中营养盐相对充足，光照、水温较高，为表层生长的微囊藻提供了适合的生长环境；另一方面，表层微囊藻生长降低了水体透明度，阻碍了太阳光照往下传输，抑制了亚表层以下丝状产嗅藻的生长。进入 9 月后，由于该水库营养盐本底值不高，加上微囊藻生长消耗，表层营养盐浓度非常低，不足以支撑大量微囊藻生长；正是因为表层微囊藻的消亡提升水体透明度，丝状蓝藻从而获得适宜的光照开始短暂的生长，并同时产生 MIB。 ![某水源水库中产嗅藻与水华藻间的季节演替过程](./img/miyunniche.png) ## 适合于饮用水水源的 MIB 产嗅藻防控方法当水源中 MIB 浓度较高时，水厂不得不使用大量活性炭吸附去除水中 MIB 物质，显著提升水厂制水成本，也会影响后续其他工艺，而且当 MIB 浓度过高时，水厂完全去除存在一定难度。因此，在水源中防控产嗅藻的生长，源头阻断 MIB 的产生是最根本的方法。但由于水源的特殊性，常用于富营养化水体中水华控制的化学药剂杀藻方法不可取，而且 MIB 产嗅藻与水华型蓝藻具有不同的种群特征，因此需要在明确产嗅藻生态位特征基础上开发针对性的水源防控方法。由于 MIB 产嗅藻适宜在水体亚表层以下生长，且主要受到水下光照驱动，因此可以在明确产嗅藻光阈值基础上通过改变水下光环境实现产嗅藻抑制。利用光在水中呈对数衰减传输原理，可以通过提升水位或/和水体浊度（消光系数）将水库从适宜产嗅藻生长调节至不适宜生长的水环境。 ![基于产嗅藻生态位特征的调光抑藻控嗅策略](./img/ccontrolmech.png) ## 调光抑藻控嗅技术应用于上海水源水库青草沙水库为上海新建水源水库，供水规模 500 万 m$^3$/日，服务上海约 1800 万城市居民，建库以来存在季节性 MIB 问题。在和上海城投原水有限公司连续多年合作研究基础上，确定了水库产嗅藻种及其光阈值，明确了库北浅水区为水库产嗅高风险区。在此基础上提出了利用长江高浊原水和水库库北排水闸加大水库引排流量，使得高险区浊度提升、水下光照下降，达到抑制产嗅藻生长的目的。2020 年起利用江库水位差自流提升引排流量，实现致嗅物降低 80%以上，基本解决了多年困扰该水库的嗅味问题。 ![调光抑藻控嗅技术应用于上海水源（A）及其效果（B）](./img/qcsres.png) ## 参考文献 1. Su, et. al. (2022). Light-dominated selection shaping filamentous cyanobacterial assemblages drives odor problem in a drinking water reservoir. In npj Clean Water. <https://doi.org/10.1038/s41545-022-00181-2> 1. Su, et. al. (2021). Ecological niche and in-situ control of MIB producers in source water. Journal of Environmental Sciences. <https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.03.026> 1. Su, et. al. (2021). Identification of MIB producers and odor risk assessment using routine data: A case study of an estuary drinking water reservoir. Water Research. <https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.116848> 1. Su, et. al. (2018). Succession and interaction of surface and subsurface cyanobacterial blooms in oligotrophic/mesotrophic reservoirs: a case study in Miyun Reservoir. Science of The Total Environment. <https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.307> 1. Su, et. al. (2017). Reducing production of taste and odor by deep-living cyanobacteria in drinking water reservoirs by regulation of water level. Science of The Total Environment. <https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.134> 1. Su, et. al. (2015). MIB-producing cyanobacteria (_Planktothrix_ sp.) in a drinking water reservoir: Distribution and odor producing potential. Water Research. <https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.09.038> 更多参考资料：[{{< var siteurl >}}/publication/](/publication/) 来源: [科萤书院](https://mp.weixin.qq.com/s/E7p5Gy1P6BKcxTxbkejJJQ)