《Journal of Environmental Chemical Engineering》：The effects of water depth, temperature and seasonal water-column overturning on sediment-derived odorous volatile organic compounds of a ladder-step reservoir, Yiwu, China
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研究发现，沉积物源挥发性有机化合物（VOCs）浓度与水深、季节及水体翻转密切相关。主要成分为甲硫醇（DMS）、苯酚和吲哚，而2-甲基异 born 境（2-MIB）和地萜素（GSM）在冷却季节显著升高。深层缺氧区VOCs富集，夏季温度升高及降水加剧释放，冬季水体翻转促进其迁移。提出 inflow pretreatment 和疏浚策略以改善水质。
高波|马俊宇|王家禾|朱洪斌|方阳康|龚庆刚|罗志正|何毅|张荣|蒋灿灿|池永志|熊阳辉|王聪|郑晓旭|王在雷|徐胜军
中国科学院生态环境科学中心，北京，100085，中国
摘要
与沉积物相关的挥发性有机化合物（VOCs）对饮用水资源的贡献长期以来被忽视。特别是，水深和季节性水柱翻转对挥发性有机化合物动态的影响仍知之甚少。研究鉴定了9种沉积物来源的具有较高检测频率（超过30%）的挥发性有机化合物。值得注意的是，这些化合物的气味特征主要由二甲基硫（DMS）、酚类和吲哚主导，而在水样中更常见的是传统上报道的2-甲基异博尔内醇（2-MIB）和土臭素（GSM）。挥发性有机化合物的浓度和水深有很强的依赖性，在水库最深处（大坝区域）其浓度和检测频率显著高于水库中部和尾部区域，这与电子鼻检测系统的响应更强以及该区域营养物质浓度较高一致。
从季节上看，大多数挥发性有机化合物在炎热季节的平均浓度较高，而2-甲基异博尔内醇和土臭素在凉爽季节达到峰值。总体而言，炎热季节的挥发性有机化合物总量比凉爽季节高29.8%。营养物质分布显示，在凉爽季节表面浓度升高，反映了营养物质从炎热季节向凉爽季节的向上输送。
最深水域的缺氧条件促进了挥发性有机化合物的积累。高温加上降水量增加导致炎热季节沉积物来源的挥发性有机化合物含量升高，而2-甲基异博尔内醇和土臭素的增加与季节性水柱翻转有关。本文提出了包括进水预处理和沉积物疏浚在内的缓解策略。这些发现为水库管理和饮用水资源保护提供了宝贵的指导，并加深了对水库中气味污染的理解。
引言
湖泊和水库作为饮用水来源，是封闭或半封闭的系统，其中沉积物由于含有大量有机物和较强的吸附能力，成为挥发性有机化合物（VOCs）的长期储存库和二次来源[1]，[2]。在这些环境中，沉积物来源的挥发性有机化合物会促进上层水柱中产生和持续存在导致异味的化合物，从而影响饮用水质量和消费者的接受度[3]，[4]。湖泊和水库中富含有机物的沉积物在分层和季节性缺氧条件下支持强烈的生物地球化学活动，有利于微生物产生和转化挥发性有机化合物，包括还原硫化合物、醛类、酮类和其他具有异味的物质[5]，[6]，[7]。这些化合物可能持续扩散，或在混合和翻转事件中从沉积物中释放到底层水中，随后在整个水柱中传输，增加了沉积物来源的挥发性有机化合物到达饮用水取水深度的可能性。
长期暴露于有气味的物质会导致疲劳，影响工作效率、判断力和记忆力，而强烈的气味可能对呼吸系统、消化系统、循环系统、内分泌系统和神经系统产生不利影响[8]，[9]，[10]。水系统中的气味问题对全球饮用水质量构成了重大挑战[11]，[12]，[13]，[14]。据报道，在中国34个主要城市中，大约80%的饮用水源存在与气味相关的问题[15]，[16]（徐伟等人，2019年）。在2007年无锡和青岛、2014年和2015年兰州以及2025年杭州发生的几起备受关注的饮用水异味事件后，公众的担忧加剧。
先前的研究表明，包括藻类和细菌产生的代谢物以及工业污染物在内的多种新兴污染物可导致饮用水源出现异味问题。藻类暴发和富营养化通常会产生霉味或土腥味的气味化合物，如2-甲基异博尔内醇（2-MIB）和土臭素[21]，[22]。这些化合物是蓝细菌和放线菌的次级代谢产物，在细胞衰老或物理损伤时从藻类生物量中释放[23]，[24]。含硫的挥发性有机化合物，如甲硫醇（MT）、二甲基硫（DMS）和二甲基二硫化物（DMDS），已知会带来沼泽味或腐臭味[25]，[26]。吲哚是另一类重要的有气味挥发性有机化合物，与鱼腥味或腐败味相关[23]。此外，工业化合物如取代苯、醚类和二氧杂环烷类可以通过地表径流或废水排放进入水系统，可能在水体中产生化学味、溶剂味、芳香气味或甜味[27]。
沈塘水库位于中国浙江省义乌市义亭镇的中心区域。该水库建于1959年，是该地区重要的饮用水来源，具有供水、防洪和灌溉等多重功能[28]。作为义乌传统的农业经济基地，义亭镇的产业结构以农业、水产养殖和农作物种植为主。因此，沈塘水库的水环境质量直接关系到当地生态安全和周边居民的饮用水安全。近年来，水库水质明显恶化，尤其是在异味污染方面。夏季，从出水口排放的水体出现了明显的气味和味道问题。当地居民报告说，从出水口到灌溉点的输送渠道中水有异味且变色，严重干扰了日常活动和农业生产。
尽管有关饮用水供应中出现异味问题的报告不断增加，但沉积物作为气味挥发性有机化合物来源的作用仍不够清楚。关于沉积物来源的挥发性有机化合物的身份及其相对重要性，以及增强其释放的环境条件（如缺氧、温度）等关键因素仍存在不确定性。在沈塘水库，水深在空间上有所差异，最大水深位于大坝附近，五指尾区较浅，水库中部水深适中。到目前为止，水深对沉积物来源的挥发性有机化合物的影响仍不清楚。此外，季节性变化（特别是在从炎热季节到凉爽季节的过渡期间）可能会引发水柱翻转事件。然而，水柱翻转对沉积物来源的挥发性有机化合物的影响仍不明确。
本研究以沈塘水库为典型案例，旨在解决这些研究空白。具体目标包括：（1）表征沉积物来源的挥发性有机化合物的组成并确定其主要成分；（2）确定水库阶梯式地形对沉积物来源的挥发性有机化合物空间分布的影响；（3）研究与水柱翻转相关的季节性因素及其对沉积物来源的挥发性有机化合物的影响；（4）探讨水深和水柱翻转对挥发性有机化合物影响的机制；（5）提出有效的异味问题缓解策略。
为实现这些目标，从多个水库区域收集了水和沉积物样本，考虑了水深和空间布局，以评估挥发性有机化合物的空间分布。同时评估了季节性温度变化对挥发性有机化合物组成的影响，因为温度变化在水柱动态和生物地球化学过程中起着重要作用。此外，还测量了关键环境参数（包括营养物质、溶解氧（DO）、硫化物和叶绿素a），以阐明它们对挥发性有机化合物生成和积累的影响。
化学试剂
目标化合物——甲硫醇（MT）、二甲基硫（DMS）、二甲基二硫化物（DMDS）、二甲基三硫化物（DMTS）、2-甲基异博尔内醇（2-MIB）、土臭素（GSM）、吲哚、3-甲基酚（m-creol）和酚类——从浙江常州的Tanmo质量检测与标准参考材料中心（TMRM）购买。详细的物理化学信息，包括CAS编号、分子式和分子量，见表S1。所有标准品均为...
挥发性有机化合物的分布和普遍性
使用GC–MS的全扫描（SCAN）和选择离子监测（SIM）模式，在检测到的130种挥发性有机化合物中，确定了9种具有高检测频率（DFs）的化合物：MT、DMS、DMDS、DMTS、2-MIB、GSM、酚类、m-creol和吲哚。表1总结了它们的检测频率、浓度范围以及所有采样点和整个研究期间的平均浓度和中位浓度。所有化合物的检测频率均超过40%，其中DMTS（33.75%）除外。DMS的检测频率最高（96.25%），其次是酚类（81.25%）。
沉积物中的三种主要挥发性有机化合物
DMS和酚类的检测频率分别为96.25%和81.25%（表1，图2），它们与吲哚一起成为所有水库区域（大坝、中部和尾部）的主要成分，占总挥发性有机化合物的比例最大（图3和图5）。
DMS是一种关键的含硫气味化合物，在缺氧到厌氧条件下，通过微生物还原二甲基亚砜、含硫氨基酸的降解以及厌氧过程在淡水沉积物中产生
结论
本研究表明，深度引起的缺氧、温度和季节性水柱翻转共同控制着沉积物中挥发性有机化合物的积累和变化。最深水域的持续缺氧促进了沉积物来源的挥发性有机化合物的积累，而季节性温度变化过程，特别是水柱翻转，调节了藻类来源的气味化合物（2-MIB和GSM）的再分布和增强，尤其是在凉爽季节。
多项
资助
本研究得到了中国国家重点研发计划的支持：粪肥、秸秆和沼气浆料的绿色、低碳和循环利用技术综合示范项目，项目编号2024YFD11700304
CRediT作者贡献声明
熊阳辉：撰写——初稿、正式分析、概念构思。
高波：可视化、正式分析。
王聪：撰写——审稿与编辑。
马俊宇：可视化、调查。
池永志：验证。
张荣：调查。
蒋灿灿：方法学。
罗志正：资源协调。
何毅：验证。
方阳康：资源协调。
徐胜军：监督、项目管理、资金获取。
龚庆刚：资源协调。
郑晓旭：撰写——审稿与编辑。
王家禾：写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了[Deepseek和ChatGPT]来修改非英语母语者的英文写作。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
