張孟雨, 米記茹, 李桂芳, 宋武昌, 張素珍, 孫韶華, 王永磊 , 賈瑞寶,#

1. 山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,濟南 250101

2. 濟南市供排水監(jiān)測中心,濟南 250014

3. 濟南水務(wù)集團有限公司,濟南 250014

我國的飲用水水源以地表水為主,研究表明,目前仍有23.2%的湖泊為Ⅳ至Ⅴ類水,普遍存在水體富營養(yǎng)化的問題[1]。 水體富營養(yǎng)化極易引起藻類爆發(fā)性生長[2],藻源嗅味污染是藻類爆發(fā)產(chǎn)生的最直觀的危害之一。 藻源嗅味的存在會直接影響飲用水的感官性狀,降低水的品質(zhì),引起人們的廣泛關(guān)注[3]。 藻源有機物是一類由蛋白質(zhì)、脂肪胺和多糖等多種成分組成的復(fù)雜混合物,是嗅味、藻毒素等藻類次生代謝產(chǎn)物的溶劑和重要載體,這些藻源有機物還是一些消毒副產(chǎn)物(如三鹵甲烷、亞硝胺等)的重要前體物質(zhì)[4],因此研究藻源有機物的特性對于水體中的嗅味物質(zhì)及其他毒性有機物的去除具有重要意義。

魚腥藻是一種常見的水華藍藻,也是某些自然水體中的優(yōu)勢藻類[5-7]。 有研究報道,2008—2009年間,水華魚腥藻是巢湖春季水華的優(yōu)勢藻種,且其一年中的出現(xiàn)頻率為86.09%[8]。 魚腥藻也是水體中土霉味如2-甲基異莰醇(2-methylisoborneol, 2-MIB)和土臭素(geosmin, GSM)等的重要來源之一。邱麗佳[9]發(fā)現(xiàn)由于螺旋魚腥藻的固氮作用,其在水體中的繁殖速度遠超過銅綠微囊藻,且其所產(chǎn)的2-MIB 的污染程度更甚于β-環(huán)檸檬醛。 陳克云[10]研究發(fā)現(xiàn)不同氮源及磷源條件下,螺旋魚腥藻生長過程中代謝產(chǎn)生的GSM 主要分布在藻細胞內(nèi),胞外含量低于10%。 其他一些藻類如單細胞的銅綠微囊藻、多細胞的魚腥藻和顫藻都可以產(chǎn)生嗅味物質(zhì),且嗅味物質(zhì)大多從藻細胞內(nèi)部產(chǎn)生,隨藻的代謝過程從胞內(nèi)排出,故藻的胞外有機物(extracellular organic matter, EOM)和胞內(nèi)有機物(intracellular organic matter, IOM)中嗅味物質(zhì)的含量和種類也有所差別,且隨著生長階段的變化,藻的胞內(nèi)外的嗅味物質(zhì)的含量也會發(fā)生變化[11]。

研究不同生長階段的藻的胞內(nèi)外有機物特性和產(chǎn)嗅特性,對于藻類次生代謝產(chǎn)物的生成和控制有著重要意義,無論是對水源地的水質(zhì)保護,還是對飲用水廠的工藝調(diào)控都有著重要參考價值[12]。 目前少有學(xué)者探究水華魚腥藻(Anabaena aquae)的有機物特性,因此選用作為實驗藻類,了解其生長情況及產(chǎn)嗅特性,為實際水體藻污染的控制提供參考。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試劑與儀器

BG-11 培養(yǎng)基購自青島海博生物技術(shù)有限公司;水華魚腥藻(Anabaena aquae)種購自中國科學(xué)院武漢水生生物研究所的“中國科學(xué)院淡水藻種庫”,編號為FACHB-245;配制培養(yǎng)基所用水為超純水(德國 Merck 公司,Milli-Q 純水機)。

人工氣候箱(德國 Binder 公司,KBWF240),全自動固相萃取儀(中國?？苾x器有限公司,Auto SPE 06PLUS),氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國ThermoFisher Scientific 公司,DSQ-MS200383),紫外分光光度計(中國北京普析通用儀器有限責(zé)任公司,TU-1810),熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣光譜儀(日本 Hitachi 公司,F-2700),液相-有機碳-有機氮聯(lián)用儀(LC-OCD-OND,德國 LC-OCD 公司,DOC-Labor 第 9 代)。

1.2 試驗方法

1.2.1 魚腥藻培養(yǎng)和生長曲線建立

選用BG-11 培養(yǎng)基接種魚腥藻,在25 ℃下恒溫培養(yǎng),光照強度2 000 lx,每天光照12 h[13],每日手動搖藻2 次,早8:00 晚8:00 各1 次,每次搖藻5 min,使藻懸浮,不貼壁生長。 當(dāng)藻液濃度增大,藻種較為充分時,可使用曝氣培養(yǎng)柱進一步擴大養(yǎng)殖,藻液和培養(yǎng)基的比例為1∶5。 采用光密度值(optical density value, OD)來表征藻密度,搖動藻液使其懸浮,后于固定點位取魚腥藻藻液在685 nm 波長下測定紫外吸光度[14],測定不同培養(yǎng)時間的水華魚腥藻的OD 值,建立其生長曲線。

實驗設(shè)計要取不同生長階段的水華魚腥藻對其藻源有機物的變化情況進行分析,因此建立了水華魚腥藻生長曲線,通過OD 值、生長曲線和培養(yǎng)時間共同確定水華魚腥藻的生長階段。 水華魚腥藻的生長周期分為4個階段,分別為停滯期、對數(shù)生長期(又稱指數(shù)生長期)、穩(wěn)定期和衰亡期(又稱生長末期)[15]。 如圖1(a)所示,在 25 ℃恒溫培養(yǎng)下,接種培養(yǎng)時保持較大的藻密度,生長停滯期大大縮短,在一周之后就可以進入對數(shù)生長期,通過對生長曲線的擬合,可以看出在OD 值在0.4 左右之后可以達到對數(shù)生長期。 30 d 左右時水華魚腥藻已經(jīng)進入穩(wěn)定生長期,絲狀藻的比表面積大,獲取養(yǎng)分的能力較強,在增長過程中除了藻個數(shù)的增加,還有單個絲狀藻的長度和體積變化。 在生長曲線測量過程中,沒有補充培養(yǎng)基,故后期的生長空間有限,生長周期大大縮短。 一般穩(wěn)定期持續(xù)的時間比較長,在培養(yǎng)過程定期補充培養(yǎng)基,保持藻的生長空間足夠,并保持較低的溫度,則生長周期會相對延長[9]。

為了探究水華魚腥藻不同生長階段藻源產(chǎn)嗅特性和有機物特性,分別提取來自同一接種源的不同迭代次數(shù)的對數(shù)生長期魚腥藻和衰亡期的魚腥藻藻液凍融離心提取有機物,進行對比分析,初始狀態(tài)如表1、圖1(b)和圖1(c)所示。 對數(shù)生長期的魚腥藻色澤比較清透,OD 值比較小,衰亡期藻密度比較大,顏色較深,藻液較為渾濁。

表1 水華魚腥藻初始參數(shù)值Table 1 Initial data of Anabaena aquae

圖1 水華魚腥藻的生長曲線及其不同生長期外觀注:(a)水華魚腥藻生長曲線;(b)水華魚腥藻對數(shù)生長期外觀;(c)水華魚腥藻衰亡期外觀。Fig.1 The growth curve and appearance at different growth phases of Anabaena aquaeNote: (a) The growth curve of Anabaena aquae;(b) Appearance at logarithmic phase of Anabaena aquae;(c) Appearance at decline phase of Anabaena aquae.

1.2.2 藻源有機物提取

采用凍融離心法[16-17]進行藻源有機物的提取,分為EOM 和IOM。 分別采集處于特定生長階段標(biāo)準(zhǔn)魚腥藻藻液(對數(shù)生長期OD 值約為0.4,衰亡期OD 值約為1.3)置于塑料離心管中,轉(zhuǎn)速8 000 r·min-1,離心10 min,去除上清液后得到藻細胞,本實驗意在研究相對分子量＜20 kDa 的藻源有機物特性,因此將上清液經(jīng)過0.45 μm 的Millipore 醋酸纖維濾膜過濾,得到EOM 溶液。 將離心的藻細胞用0.8%的NaCl 溶液清洗2 遍,得到不含培養(yǎng)基的純凈藻細胞,重新溶于超純水中,保持與EOM 的體積相同,在高低溫交變箱中反復(fù)凍融4 次(-20 ℃冰凍10 h,37 ℃融化2 h),最后融化之后將藻溶液超聲40 min,破碎藻細胞壁,使有機物充分釋放后,轉(zhuǎn)速8 000 r·min-1離心 15 min 取上清液,經(jīng) 0.45 μm 的濾膜過濾,得到IOM 溶液。 將提取后的IOM、EOM溶液進行總有機碳(total organic carbon, TOC)分析,以便配制成標(biāo)準(zhǔn)溶液。

由于魚腥藻內(nèi)部含有藻藍蛋白,提取的IOM 溶液呈淡藍紫色,EOM 溶液基本無色,如圖2 所示。

圖2 不同水華魚腥藻源有機物溶液外觀注:(a)IOM 溶液;(b)EOM 溶液。Fig.2 The appearance of different organic matter solution derived by Anabaena aquaeNote: (a) IOM solution; (b) EOM solution.

1.2.3 嗅味物質(zhì)檢測

嗅味物質(zhì)采用頂空固相萃取-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(HS-SPE-GC/MS)方法進行檢測,可同時測定10種嗅味物質(zhì):2-MIB、GSM、2-異丙基-3-甲氧基吡嗪(2-methoxy-3-propan-2-ylpyrazine, IBMP)、異佛爾酮(isophorone, IPO)、2-異丁基-甲氧基吡嗪(2-methoxy-3-(2-methyl propyl)pyrazine, IPMP)、β-環(huán)檸檬醛(βcyclocitral)、2,4,6-三氯苯甲醚(2,4,6-trichloroanisole,2,4,6-TCA)、2,3,6-三氯苯甲醚(2,3,6-trichloroanisole,2,3,6-TCA)、β-紫羅蘭酮(β-ionone)和 2,3,4-三氯苯甲醚(2,3,4-trichloroanisole,2,3,4-TCA)。

固相萃取采用HLB 固相萃取小柱(美國Waters公司,Oasis?WAX 6cc/150 mg,編號 186002493),每次均采用新柱,用甲醇和純水對小柱進行活化,固相萃取水樣為400 mL,上樣速度為15 mL·min-1,用二氯甲烷進行洗脫。 采用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀進行檢測,毛細管柱為DB-VRX,高純氦氣為載氣,電子轟擊源為 EI 源[18-19]。

1.2.4 熒光分析

三維熒光光譜(excitation-emission-matrix spectra, EEMs)采用熒光光度計測量,激發(fā)波長(excitation, Ex)范圍為220 ~ 450nm,發(fā)射波長(emission,Em)范圍為 220 ~550nm,步長 5nm(表 2)。 所得數(shù)據(jù)通過excel 及origin 處理之后得到三維熒光譜圖,圖中不同區(qū)域代表的有機物不同,通過確定峰位置和熒光強弱的變化,實現(xiàn)對有機物含量變化的定性半定量分析[20]。

表2 三維熒光譜圖分區(qū)Table 2 Partition of excitation-emissionmatrix spectra

1.2.5 LC-OCD 分析

液相色譜-有機碳檢測聯(lián)用法(LC-OCD)是一種新興的有機物表征手段,應(yīng)用于飲用水中天然有機物表征、膜污染特性研究及藻源溶解性有機氮(dissolved organic nitrogen, DON)檢測表征等領(lǐng)域[21-22],具有操作簡單、檢測結(jié)果全面等優(yōu)點。 其原理為通過尺寸排阻色譜將有機物按照分子量進行分離,然后進行各組分的有機碳檢測(organic carbon detection, OCD)、紫外檢測(ultraviolet detection, UVD)和有機氮檢測(organic nitrogen detection, OND),最后進行匯總分析。 其可將水中的有機物劃分為5個部分,分別是生物聚合物(biopolymers, BP)、腐殖質(zhì)(humic substances, HS)、有機物結(jié)構(gòu)單元或腐殖酸降解產(chǎn)物(building blocks, BB)、低分子量酸性物質(zhì)(acids and low molecular weight humics, LMWA)以及低分子量中性物質(zhì)(low molecular weight humics-neutrals,LMWN)[23],此外還可以將有機碳細分為總有機碳(total organic carbon, TOC)、溶解性有機碳(dissolved organic carbon, DOC)、疏水有機碳(hydrophobic organic carbon, HOC)、親水有機碳(hydrophilic organic carbon, CDOC)和顆粒性有機碳(particulate organic carbon, POC)。

LC-OCD 的檢測條件為:將水樣放置到特定進樣瓶中,實際進樣體積1 000 μL,每個樣品總運行時間為70 min,使用特定軟件對實驗結(jié)果進行峰積分得出實驗結(jié)果。

2 結(jié)果(Results)

2.1 產(chǎn)嗅特征

對魚腥藻不同生長階段的EOM 和IOM 進行嗅味檢測,結(jié)果如表3 所示。 由表3 可知,嗅味物質(zhì)主要存在于IOM 中,其主要成分有β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮、IPO 和少量GSM。 其中IPO 主要存在于衰亡期的 EOM 和 IOM 中,β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮主要存在于IOM 中。 對比對數(shù)生長期的IOM 和衰亡期的IOM 發(fā)現(xiàn),對數(shù)生長期胞內(nèi)的嗅味物質(zhì)含量比衰亡期要多。

表3 對數(shù)生長期和衰亡期的嗅味物質(zhì)Table 3 Taste and odor (T&O) compounds at logarithmic phase and decline phase

2.2 藻源有機物熒光特性

由三維熒光掃描結(jié)果(圖3)可知,對比胞內(nèi)胞外,其有機物組分差異較大,魚腥藻EOM 中主要有類腐殖質(zhì)和溶解性微生物代謝產(chǎn)物(soluble metabolic products, SMP),IOM 中主要含有SMP 和絡(luò)氨酸、色氨酸。 對比不同生長階段,EOM 中的有機物種類并無變化,僅是熒光強度增強。 而對于IOM 而言,由對數(shù)生長期到衰亡期,類腐殖質(zhì)消失,SMP 和絡(luò)氨酸、色氨酸的熒光響應(yīng)也隨著減弱。觀察魚腥藻的不同生長階段的胞內(nèi)胞外物質(zhì)熒光在C4 區(qū)域的變化情況可以看出,SMP 主要存在于魚腥藻IOM 中,其在對數(shù)生長期的強度比衰亡期要大。 在魚腥藻的 EOM 中,也含有 SMP,但比 IOM中的強度要弱,且隨著生長階段的變化,衰亡期魚腥藻的EOM 中SMP 逐漸增多。

圖3 不同生長期的EOM 和IOM注:(a)對數(shù)生長期EOM;(b)對數(shù)生長期IOM;(c)衰亡期EOM;(d)衰亡期IOM。Fig.3 EOM and IOM in different growth stagesNote: (a) EOM of logarithmic phase; (b) IOM of logarithmic phase; (c) EOM of decline phase; (d) IOM of decline phase.

如圖4 所示,對于IOM 而言,對數(shù)生長期IOM中所含有機物的熒光強度要比衰亡期高,而EOM則相反,對數(shù)生長期中EOM 的有機物總量比衰亡期要少。 從熒光強度值上來看,類腐殖質(zhì)和SMP 的含量較大,特別是在EOM 中類腐殖質(zhì)的含量更多,而IOM 中 SMP 含量更大,對數(shù)生長期 IOM 中的SMP 占比最大。

圖4 對數(shù)生長期和衰亡期胞內(nèi)外有機物的熒光強度值Fig.4 Fluorescence intensity values of intracellular and extracellular organic matter at logarithmic phase and decline phase

由表4 可知,β-環(huán)檸檬醛與SMP 和類腐殖質(zhì)都有很好的相關(guān)性,其中對類腐殖質(zhì)的相關(guān)性更好,的值為0.9784。 而β-紫羅蘭酮與5個組分的相關(guān)性不是很強,相較而言,對絡(luò)氨酸的相關(guān)性更好,的值為 0.7585。

表4 嗅味物質(zhì)與熒光區(qū)域的線性相關(guān)性Table 4 Linear correlation between T&O compounds and fluorescent region

2.3 藻源有機物L(fēng)C-OCD 分析

魚腥藻對數(shù)生長期溶液中的魚腥藻濃度為4.60 mg·L-1,魚腥藻衰亡期溶液中的魚腥藻濃度為5.00 mg·L-1。 圖5 為魚腥藻對數(shù)生長期、衰亡期的EOM和 IOM 的 LC-OCD 的分析圖。 圖 5 中的 OCD 曲線代表的是有機碳,從左向右分子量依次減小。 由OCD 曲線可知,對數(shù)生長期 EOM 中 BP、HS 的含量都比衰亡期EOM 中的含量要少,對數(shù)生長期IOM中BP、HS 都比較多,而衰亡期中的各個組分含量都相對較少。 UVD 檢測的是UV254,是指一些含有碳碳雙鍵或者芳香族有機物,可以看出IOM 中生物聚合物組分在254 nm 處有一定吸光度,但對數(shù)生長期的強度要高于衰亡期,EOM 中在HS 組分和低分子有機物組分在254 nm 處有一定吸光度。 OND 代表的是有機氮的含量,由響應(yīng)值的數(shù)值可以看出,在EOM 中有較多的氮元素,IOM 中生物聚合物組分中含有較多的有機氮,且對數(shù)生長期的含量要高于衰亡期。

圖5 不同生長期的EOM 和IOM 的LC-OCD 分析圖注:1. 生物聚合物,2. 腐殖質(zhì),3. 腐殖酸降解產(chǎn)物,4. 低分子量酸性物質(zhì),5. 低分子量中性物質(zhì);OCD 表示有機碳,UVD 表示UV254 的吸光度,OND 表示有機氮。Fig.5 LC-OCD of EOM and IOM in different phasesNote:1. Biopolymers,2. Humic substances,3. Building blocks,4. Acids and low molecular weight (LMW) humics,5. Low molecular weight (LMW) neutrals; OCD represents organic carbon, UVD represents ultraviolet absorption at 254 nm, and OND represents organic nitrogen.

由表5 可知,藻源對數(shù)生長期EOM 中HOC 和CDOC 的占比分別為20%和80%,BP、HS、BB、LMWA 和 LMWN 的含量分別為 0.86 mg·L-1、1.16 mg·L-1、0.38 mg·L-1、＜1.00 μg·L-1和 1.30 mg·L-1,其占比分別為19%、25%、8%、0%和28%;BP 中蛋白質(zhì)占比為100%,其N/C 約為3.46;HS 中DON 含量為0.32 mg·L-1,N/C 約為 0.27。 而生長末期 EOM 中HOC 和 CDOC 的占比是 0% 和 100%,BP、HS、BB、LMWA 和 LMWN 的含量分別為 1.59 mg·L-1、1.57 mg·L-1、0.82 mg·L-1、＜1.00 μg·L-1和 1.01 mg·L-1,其占比分別為32%、31%、16%、0%和20%;BP 中N/C 約為 2.86,HS 中 DON 含量為 0.26 mg·L-1,N/C約為0.16。 這說明對數(shù)生長期的含氮量更高。

表5 水華魚腥藻EOM 和IOM 的有機物組分Table 5 The organic matter components of EOM and IOM of Anabaena aquae (μg·L-1)

藻源對數(shù)生長期和生長末期的IOM 中HOC 和CDOC 的占比均為0%和100%,這與EOM 的結(jié)果類似。 對數(shù)生長期 IOM 中 BP、HS、BB、LMWA 和LMWN 的含量分別為 1.98 mg·L-1、0.92 mg·L-1、0.99 mg·L-1、＜1.00 μg·L-1和 0.77 mg·L-1,其占比分別為42%、20%、21%、0%和17%,BP 中蛋白質(zhì)占比為100%,N/C 約為 0.46;HS 中 DON 含量為0.20 mg·L-1,N/C 約為0.22,表明其較自然水體含有更多的有機氮。 而生長末期IOM 中BP、HS、BB、LMWA 和 LMWN 含量分別是 2.36 mg·L-1、0.88 mg·L-1、0.40 mg·L-1、＜1 μg·L-1和1.16 mg·L-1,其占比分別為49%、18%、8%、0%和24%;BP 中DON 含量＜1 μg·L-1,而 HS 中 DON 含量為 1.37 mg·L-1,N/C約為1.55,這說明生長末期IOM 中DON 的組分主要集中在HS 中。 IOM 中BB 的占比高達20%。

3 討論(Discussion)

根據(jù)報道,同屬不同種的藻株嗅味物質(zhì)的產(chǎn)生能力也不同,有的產(chǎn)生β-紫羅蘭酮[24],有的產(chǎn)生2-MIB[9]。 李維唯等[25]發(fā)現(xiàn)實驗室培養(yǎng)的Anabaena(sp.PCC7120)無論是在缺氮還是有氮培養(yǎng)條件下均不產(chǎn)2-MIB 和GSM。 這說明嗅味物質(zhì)的產(chǎn)生具有藻株特異性,由于環(huán)境條件及營養(yǎng)源條件等因素的不同,不同藻株嗅味物質(zhì)的產(chǎn)生特征往往差異很大。本研究結(jié)果表明,水華魚腥藻所產(chǎn)的嗅味物質(zhì)主要是β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、少量的 IPO 和 GSM。β-環(huán)檸檬醛屬于草味物質(zhì),嗅閾值為0.50 ~19.00 μg·L-1,β-紫羅蘭酮屬于芳香味物質(zhì),嗅閾值為7.00 ng·L-1[26]。 試驗結(jié)果顯示,對數(shù)生長期 IOM 所含β-紫羅蘭酮最高可達2 186.69 ng·L-1,遠超嗅閾值范圍,是水體中嗅味的一個重要來源。

對比不同生長階段,可以看出對數(shù)生長期IOM的嗅味物質(zhì)含量比衰亡期要多,這是因為衰亡期的藻細胞活性降低,且產(chǎn)生嗅味物質(zhì)的能力也大幅下降。 且在衰亡期,一些藻的藻細胞破碎,導(dǎo)致胞內(nèi)的嗅味物質(zhì)釋放到胞外,也會致使IOM 中的嗅味物質(zhì)含量下降。 而 IPO 主要存在于衰亡期的 EOM 和IOM 中,考慮其是藻類腐敗產(chǎn)生的嗅味物質(zhì)。 對比IOM 和EOM,可以看出各種嗅味物質(zhì)(β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛和GSM 等)主要存在于IOM 中,而 IPO主要存在于EOM 中,推測IPO 主要是在胞外合成,也可能是其他由胞內(nèi)釋放的物質(zhì)在胞外發(fā)生化學(xué)變化之后形成的。

水華魚腥藻為多細胞的絲狀藍藻,魚腥藻EOM中主要含有類腐殖質(zhì)和部分SMP,而IOM 主要含有SMP 和大量類蛋白質(zhì)如絡(luò)氨酸、色氨酸。 伴隨著從對數(shù)生長期至衰亡期這一生長階段的變化,可以看出IOM 的熒光強度也隨之減弱,而EOM 的熒光強度則有所加強,這可能是在衰亡期,大多數(shù)藻細胞衰敗破裂,將胞內(nèi)物質(zhì)釋放到胞外導(dǎo)致的。 這也導(dǎo)致了對數(shù)生長期IOM 中所含有的少量類腐殖質(zhì)于衰亡期IOM 中消失。 這與嗅味物質(zhì)的變化規(guī)律是一致的,從LC-OCD 圖譜上也可以看到相同的規(guī)律。

實驗結(jié)果表明,β-環(huán)檸檬醛與SMP 和類腐殖質(zhì)有很好的相關(guān)性,而β-紫羅蘭酮與類蛋白質(zhì)絡(luò)氨酸有良好的相關(guān)性。 這與相關(guān)研究報道相符合,嗅味物質(zhì)作為藻類和放線菌代謝產(chǎn)物,在三維熒光分析中與SMP 有著良好的相關(guān)性[27]。 對數(shù)生長期IOM所含SMP 和類蛋白質(zhì)熒光強度更高,這說明對數(shù)生長期的藻細胞較為活躍,代謝強烈,產(chǎn)生嗅味物質(zhì)的能力也較強。 類腐殖質(zhì)是水華魚腥藻AOM 的重要組成部分,除衰亡期IOM 外,皆含有較高的類腐殖質(zhì),說明鮮活的藻細胞內(nèi)外皆能產(chǎn)生大量的類腐殖質(zhì)物質(zhì),但進入到衰亡期,大量細胞裂解死亡,胞內(nèi)產(chǎn)生類腐殖質(zhì)物質(zhì)的活性也降低。 據(jù)相關(guān)文獻報道,部分腐殖質(zhì)的酸化水解產(chǎn)物分解過程中也會散發(fā)嗅味,這也是水中嗅味產(chǎn)生的原因之一[28]。 因此推測魚腥藻在其生長階段所產(chǎn)生的類腐殖質(zhì)在實際水體中也會分解產(chǎn)生酸化水解產(chǎn)物,這是水華魚腥藻在實際水體中產(chǎn)生嗅味的原因之一。

LC-OCD 圖譜顯示,魚腥藻 AOM(包括 EOM 和IOM)主要是親水性的,且低分子物質(zhì)占比大約30%,這與Goslan 等[4]的研究結(jié)果相吻合。 自然水體中BB 的占比大約為10%,而EOM 和IOM 均遠高于這個占比,說明水華魚腥藻AOM 具有良好的生化降解性。 近年來,研究人員發(fā)現(xiàn),DON 易與消毒劑反應(yīng)生成消毒副產(chǎn)物[29],而氮元素是蛋白質(zhì)的重要組成部分,實驗結(jié)果表明,氮元素在胞內(nèi)外有機物中均有很高的含量,這在三維熒光分析中同樣有所體現(xiàn),AOM 中含有較多的類蛋白質(zhì)和類腐殖質(zhì),這也進一步佐證AOM 是重要的含氮消毒副產(chǎn)物的前體物。

在本實驗培養(yǎng)條件下,魚腥藻嗅味物質(zhì)主要存在于胞內(nèi),主要產(chǎn)生的嗅味物質(zhì)是檸檬醛和紫羅蘭酮、IPO 和少量GSM。 魚腥藻AOM 主要是親水性小分子物質(zhì),EOM 中主要含有類腐殖質(zhì)物質(zhì)和SMP,IOM 主要含有大量類蛋白質(zhì)如絡(luò)氨酸、色氨酸和SMP。 且隨著生長階段的變化,藻細胞會發(fā)生衰敗裂解,致使胞內(nèi)有機物被釋放到胞外。 根據(jù)研究結(jié)果,在實際水處理工藝中,氣浮工藝或生物處理工藝處理高藻水,可以取得較好的降解效果。 氣浮工藝可以減少藻細胞的破裂死亡,對控制藻源嗅味物質(zhì)的產(chǎn)生發(fā)揮較大的作用。 生物處理工藝對具有良好的生化降解性的AOM 有較好的處理效果。 同時在供水系統(tǒng)末端可以采用紫外-高級氧化技術(shù)高效去除嗅味物質(zhì)。