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近年来，饮用水嗅味逐渐成为影响供水水质的主要问题之一。根据国内111个饮用水厂嗅味问题的调查分析，其80%的源水样本均表现出不同程度的嗅味问题，2-甲基异莰醇的检出率达75%，且有7%的样品中2-甲基异莰醇浓度超过10 ng／L；此外，45%的出厂水样仍存在嗅味问题，饮用水嗅味问题逐步受到更多关注[1-2]。传统的混凝-沉淀-过滤常规给水处理工艺对嗅味物质的去除率仅在20%左右，且混凝工艺中搅拌作用可能会破坏藻细胞，使其含有的嗅味物质释放，进一步导致嗅味去除效果不稳定[3-5]。因此，探索一种高效稳定的水中嗅味物质去除技术，已成为当前水质安全保障领域的研究热点。

纳滤膜技术是一种介于超滤和反渗透的新型膜分离技术，对水中多价离子、部分一价离子和分子质量为200 Da以上的有机物均具有较高的脱除率。纳滤膜不仅可以同步去除水中硬度和多种微污染物质（农药、抗生素等），通过截留藻类、细菌以及病原微生物保障饮用水生物安全性，还能保障水源水质波动和应急性条件下的稳定水质供水，在饮用水深度处理中具有广阔的市场应用潜力和价值[6-9]。本研究依托已有的纳滤膜中试试验装置，探索了纳滤膜技术对不同浓度、不同种类嗅味物质的去除效果，从而为纳滤膜技术应用于嗅味物质控制和去除提供技术支撑和数据参考。

1 试验材料和方法

1.1 试验装置和方法

试验在上海某水厂中试基地内进行，选用的中试工艺流程线如图1所示。水厂和中试基地原水均取自金泽水库，试验过程中通入水厂砂滤水到基地中间集水池，以水厂砂滤水为基底水质，向中间集水池投加不同浓度的嗅味物质后，经纳滤膜装置过滤15 min取样测试，分析纳滤膜进产水中嗅味物质的浓度变化情况和去除效果（由于中间集水池为敞口式且嗅味物质易挥发，投加浓度均以采样测试结果计）。纳滤膜装置采用一段式过滤，所用纳滤膜元件为海德能公司ESNA系列商品膜，单只膜面积为37.2 m2。纳滤膜系统进水量为5 m3／h，回收率控制在85%左右，运行压力稳定在0.66～0.68 MPa。

图1 选用的中试工艺流程线
Fig.1 Selected Pilot Process Line

1.2 分析项目和方法

由文献调研可知，上海市水源水库（包括金泽水库）原水存在不同程度的复合性嗅味风险，其中2-甲基异莰醇为主要风险致嗅物质[10-12]。试验中选取金泽水库可能的嗅味风险物质为目标污染物，包括2-甲基异莰醇、土臭素、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、苯甲醛、己醛、二甲基苯酚、三甲基苯酚、1,4-二氯苯和乙苯，其嗅味特征及嗅阈值（odor threshold concentration，OTC）等物质信息如表 1 所示[13]。

表1 所选取的嗅味物质信息
Tab.1 Information of Selected Odorants

试验中所采购的2-甲基异莰醇、土臭素、二甲基二硫醚和乙苯等嗅味物质均为标准品，其中二甲基二硫醚、二甲基三硫醚购自o2si，其余均购自Dr.Ehrenstorfer。嗅味物质测定采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法（HS-SPME-GC／MS），具体操作条件见参考文献[14]。

2 结果与分析

2.1 纳滤膜对嗅味物质2-甲基异莰醇的去除情况

试验以金泽原水主要风险致嗅物质2-甲基异莰醇为目标物进行配水试验，不同浓度投加量下2-甲基异莰醇在纳滤膜中的去除效果如图2所示。由图2可知，进水2-甲基异莰醇投加浓度为5.1～86.5 ng／L，经纳滤膜过滤后产水中2-甲基异莰醇浓度均在2 ng／L以下，2-甲基异莰醇去除率为89.3%～100%。整体上，纳滤膜对不同浓度投加量下2-甲基异莰醇的去除率均较高且稳定，与李雨轩[15]的研究结论较为一致，纳滤膜技术可减少产水中嗅味物质2-甲基异莰醇的超标风险，进一步保障水质安全性。

图2 不同浓度2-甲基异莰醇投加量下纳滤膜的去除效果
Fig.2 Removal Efficiency of 2-MIB through Nanofiltration at Different Concentrations

2.2 纳滤膜对其他嗅味物质的去除情况

试验中分别针对典型土霉味嗅味物质土臭素和化学味嗅味物质二甲基三硫醚这2种嗅味物质在纳滤膜中的去除进行研究，不同浓度投加量下纳滤膜对土臭素和二甲基三硫醚的去除效果如图3和图4所示。进水土臭素投加量为5.2～78.3 ng／L时，经纳滤膜过滤后产水中土臭素浓度均在2 ng／L以下，土臭素去除率为67.3%～100%，且土臭素去除率基本随进水浓度的升高而升高；进水二甲基三硫醚投加量为13.3～80.7 ng／L时，经纳滤膜过滤后产水中二甲基三硫醚浓度均在3 ng／L以下，二甲基三硫醚去除率为79.7%～100%。纳滤膜对土臭素和二甲基三硫醚的去除效果均较好。

图3 不同浓度土臭素投加量下纳滤膜的去除效果
Fig.3 Removal Efficiency of GSM through Nanofiltration at Different Concentrations

图4 不同浓度二甲基三硫醚投加量下纳滤膜的去除效果
Fig.4 Removal Efficiency of Dimethyl Trisulfide through Nanofiltration at Different Concentrations

2.3 纳滤膜对混合嗅味物质的去除情况

试验中同时投加2-甲基异莰醇、土臭素、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、苯甲醛、己醛、二甲基苯酚、三甲基苯酚、1,4-二氯苯和乙苯形成混合嗅味物质，其不同浓度投加量下纳滤膜去除效果如图5所示。由图5可知，嗅味物质总投加量为67～471.7 ng／L时，经纳滤膜过滤后产水中嗅味物质总浓度为23.4～43 ng／L，产水混合嗅味物质总浓度均低于50 ng／L，嗅味物质总浓度平均去除率在64%以上，最高可达90.9%，总体去除率较佳。其中：土臭素、2-甲基异莰醇、苯甲醛、二甲基三硫醚在不同初始浓度下去除率基本均在80%以上，最高可达100%，去除效果明显；而乙苯去除率在25%～38.5%，1,4-二氯苯去除率多在17%以下，去除率相对较低。这种差异可能是由于纳滤膜本身性质（荷电性、亲疏水性等）、嗅味物质本身性质（分子尺寸、分子结构、溶解度等）以及投加浓度等多种因素共同作用[16]。赵伟业等[17]也指出，纳滤膜对苯系污染物的截留率随进水浓度和相对分子质量增大而增大。试验过程中，一方面乙苯和1,4-二氯苯进水投加浓度分别为 15.5～18.6 ng／L 和 9.4～12.4 ng／L，进水浓度均处于一个较低的水平；另一方面，2种物质相对分子质量均在150 Da以下，分子量和分子尺寸均较小，从而可能导致观察到的这2种物质去除率较低。此外，二甲基苯酚、三甲基苯酚和己醛等嗅味物质进产水均未检出，可能是由于中间集水池未密封，与外界大气相通，嗅味物质迅速挥发。

图5 不同浓度混合嗅味物质投加量下纳滤膜的去除效果
Fig.5 Removal Efficiency of Nanofiltration Membrane under the Dosage of Different Concentrations of Mixed Odorants

为了进一步研究分析纳滤膜进产水嗅味变化情况，采用嗅味活性值法（odor activity value，OAV）评价嗅味物质对样品整体嗅味的贡献情况[13]。嗅味活性值依据样品中嗅味物质种类、浓度和相应嗅阈值计算，如式（1）。

其中：OAV<1表示该嗅味物质对样品整体嗅味贡献较小；OAV≥1表示该嗅味物质对样品整体嗅味有直接的贡献作用，且OAV越大表示该嗅味物质对样品整体嗅味的贡献越大。

本试验中纳滤膜进产水的嗅味活性值变化如图6所示。由图6可知：进水中苯甲醛、乙苯、1,4-二氯苯嗅味活性值均远小于1，对样品整体嗅味贡献较小；土臭素、2-甲基异莰醇和二甲基三硫醚嗅味活性值均大于1，且土臭素嗅味活性值相对较大，样品整体以土霉味为主，辅以腥臭味；经纳滤膜处理后各类嗅味物质嗅味活性值均小于1，样品嗅味明显减弱。

图6 不同浓度混合嗅味物质投加量下纳滤膜的去除效果
Fig.6 Removal Efficiency of Nanofiltration Membrane under the Dosage of Different Concentrations of Mixed Odorants

3 结论

由纳滤膜对水中不同浓度嗅味物质的去除效果研究可知，纳滤膜对各类可检出的嗅味物质均有一定程度的去除效果，且对不同浓度2-甲基异莰醇、土臭素和二甲基三硫醚投加量下的去除率均较高。当进水浓度为80 ng／L以内时，纳滤膜对3种嗅味物质的去除率基本随进水投加浓度的增高而增高，最高去除率均可达100%。此外，纳滤膜对不同浓度混合嗅味物质投加量下的去除率，随嗅味物质种类和投加量的变化而变化，但对可检出嗅味物质的总浓度平均去除率仍可达到64%以上，对典型嗅味物质2-甲基异莰醇去除率则在80%以上，总体去除率较高，纳滤膜产水嗅味物质嗅味活性值均小于1，样品嗅味明显降低。

分析该中试试验下纳滤膜对不同浓度嗅味物质的去除效果，也进一步验证了纳滤膜对2-甲基异莰醇和土臭素这2种典型嗅味物质的高效稳定去除效能，为纳滤膜技术应用于上海市水源水厂嗅味控制的可行性提供了理论支撑。