揮發性和半揮發性有機化合物是通常是表層水域的味道和氣味(T&O)事件的代表性化學物質類別。它們是藻類和藍藻在有害藻華(HABs)期間產生的代謝物;它們也可以由其他類型的細菌、一些植物以及在有機物質分解過程中產生的物質。(Pepper et al. 2015)。

T&O問題不被認為對人類健康有風險，但它們有時可以作為青藻細菌數量足以產生毒素事件的指標。在許多城市都會出現飲用水的審美質量問題，消費者往往錯誤地將T&O作為飲用水安全的衡量標準。T&O事件對供水系統來說可能是一個代價高昂的麻煩。T&O化合物的分析檢測可能很困難，因為它們的化學成分不同，需要不同的采樣技術和水源水管理，以及方法的主觀性(Nollet & De Gelder 2014)。

T&O事件可以在幾小時內為供水系統制造一場公關噩夢，因此對于經常出現問題的系統，主動處理客戶投訴是非常重要的(Burlingame 1999)。適當地對投訴進行分類可以改善公用事業的反應，系統地對投訴進行分組可以建立季節性水質變化的記錄(Dietrich & Burlingame 2021年)。應記錄客戶聯系信息，以及有關投訴、問題持續時間、發生地點和有助于投訴調查和確定的任何其他因素的信息(Dietrich, 2006)。積極解決T&O問題，減少投訴數量，建立消費者的信心。

HABs是某種程度生態系統不平衡的標志，是藻類和藍藻利用環境的頑強能力的例證。水華通常發生在富有營養的系統中，但它們很難預測，因為水華和非水華期間的環境條件可能相似。光照、溫度、溶解氧、營養負荷等(Dodds & Whiles 2010)。目前還沒有針對特定類群產生的化合物的完整目錄，因此很難將單個T&O化合物與單個類群聯系起來。

Suffet等人(1995)根據T&O的味道、氣味和化學結構對許多常見的T&O化合物進行了識別和分類，然后建立在標準方法(2017)中。動態變量使水系統依賴單一分析來管理T&O問題變得不切實際和無效(Buerkens等人，2020年)。主動監測可以節省時間和工作，同時加快對受影響客戶的恢復，增強可信度和系統可靠性(Chowdhury 2021年)。

為了面對在地表水和飲用水中檢測和減少T&O化合物的復雜性所帶來的挑戰，德克薩斯州威奇托瀑布市柏樹環境實驗室(Wichita Falls Cypress City environment Laboratory)制定了一項監測計劃，該計劃融合了來自其微生物和分析實驗室的分析，同時優化了水系統現有的處理技術(Southard et al. 2016)。為此，實驗室使用分析方法來確定何時需要改變治理方法，以及在T&O事件平息之前將測試重點放在哪里。

監控T&O問題

應該在T&O事件期間進行底棲和浮游藍藻的監測，因為這兩類藍藻在生長和衰老過程中都會產生T&O化合物。然而，T&O化合物的化學成分很復雜，它們產生的問題可能是主觀的，這使得其檢測困難，特別是在痕量水平(Burlingame & Doty 2018)。

水中檢測的閾值水平跨越幾個數量級，取決于化合物的類型。T&O化合物被分為四種味覺類別和八種氣味類別(圖1)。該描述大致反映了化學成分，這有助于解釋為什么某些處理方法對特定氣味組更有效(Mallevaille & Suffet 1987)。定量測量總是對分析物的合理估計，但涉及到某種程度的不確定性，因此必須使用最高純度的標準來確保定量精度(Taylor 1987)。

水系統中最普遍和問題的化合物類別是泥土/發霉/發霉類，包括土臭素、2-甲基異龍膽醇(MIB)、吡嗪和鹵代苯甲醚。草/干草/稻草/木質類包括酯類、醇類和芳香的異胡蘿卜素類等半化學物質。腥臭類由醛和胺組成，它們是由具有高細胞多不飽和脂肪酸的分類植物產生的。在正常條件下，藍藻很少產生沼澤/沼澤/化糞池/硫磺類化合物，但它們是hab和其他有機物質厭氧分解產生的主要成分。

圖2

生物過濾

有些水系統會利用水源水的微生物。每個水源都有一個獨特的群落，可以在現有的植物過濾器中“培養"，使它們在通過介質時降解有機化合物。預氧化的組合，如AOP和生物過濾，是減少T&O化合物的有效方法。生物活性炭過濾器可將生物去除與吸附相結合。

吸附

吸附是一種高效的處理方法，通常采用粉末活性炭(PAC)或顆粒活性炭(GAC)。在處理過程的早期添加PAC，使有機化合物有時間吸附到碳顆粒上，并在凝固過程中變重時沉淀下來。PAC也常與KMnO₄一起使用。PAC用量可根據T&O濃度的波動進行調整。

GAC通常用于代替砂和/或無煙煤過濾介質。GAC的有效性隨著時間的推移而降低，因為活性位點被吸附的有機物質所充滿，因此媒介最終必須被替換或再生。當水源水有機物含量較高時，GAC有效性可迅速降低。

早期預警與預防

德克薩斯州威奇托瀑布市有一個地表水系統，對五個水源享有法定權利，其中四個主要用于治理:箭頭湖、Kickapoo湖和坎普湖/湖泊分流系統。該系統有兩個水處理設施——cypress水處理設施，有一個先進的和三個常規處理廠，Jasper水處理設施，有兩個常規處理廠，包括一個水分配系統(圖3)。該水系統在2016年2月和8月經歷了兩次極端的T&O事件。2016年8月，在兩周的時間內收到了數百個客戶投訴。為了緩解這一問題，威奇托福爾斯市的Cypress環境實驗室設計并實施了一項綜合監測計劃，使用探測儀、傳統氣味閾值(TON)和改進的氣味剖面分析(FPA)、單四極GC-MS/ECD系統、流成像顯微鏡和qPCR (Adams等人，2018年)。對現有的水系統氧化和吸附過程進行了評估和優化。自該計劃實施以來，該市沒有收到任何額外的與T&O相關的客戶投訴

圖3

在過去5年里，共檢測到13次源區T&O事件，歷時19個月。其中11個事件被縮小到一個特定的藍藻分類單元。就持續時間和濃度而言，最大的事件發生在2020年2月至5月，當時一股水藻爆發達到了> 1500鏈/毫升，土臭味素水平超過了15,000納克/升(圖4)。最近的一次爆發發生在2020年7月，實驗室得以測試其監測方案的各個方面，以確定有效性(圖5)。在向公眾分發水之前，每一股水藻爆發都得到了檢測和緩解。

應對措施和工具的有效性

源湖、蓄水池和兩個水處理廠都按季節進行監測。較溫暖的夏季每周約有3至5天，而較寒冷的冬季每周只有1天。當檢測到T&O事件時，必須系統地收集高質量數據，以指導緩解。市政府的計劃是有效的，因為有了更頻繁的監測，實驗室能夠在小問題變成大問題之前發現并解決它們。

當檢測到藻類事件時，會通知公用事業主管，并增加測試頻率。如果情況惡化，電力公司可以將水源轉移到沒有水華的湖泊。如果在多個湖泊中發生藻華，則在工廠增加處理，包括ClO₂作為原水的主要消毒劑，KMnO₄在植物瀉湖和澄清池中，以及PAC在澄清池混合區，在處理過程中吸附和沉淀T&O化合物。在此期間，實驗室增加對植物或源容器的檢測和化學添加，直到花潮消退。

在藻華的初期階段進行處理是至關重要的，因為大規模的藻華很難處理，而且藻類細胞中的任何化合物，如毒素和T&O，都可能大量釋放出來。斑點處理在很多情況下都有效，但只對達到一定大小或細胞數量的花苞有效。過度處理，比如，殺死所有的藻類和藍藻細胞就會創造了一個不平衡的生態系統，更容易受到大規模藍藻爆發。納巴藻和微囊藻是兩種遍布全球的氰基細菌，它們可以在短短幾天內控制整個水體。目標是通過主動監測在源頭實現控制。為了實現這一目標，公用事業公司必須了解當地湖泊和水庫的湖沼，以及連接其儲存和運輸系統組成部分的基礎設施(Taylor et al. 2006)。

圖4

多參數探測儀用于監測溫度、溶解氧、pH值、葉綠素a和藻藍色素。每個月都要對每一英尺深度的湖泊進水口進行剖面測量，以確定是否發生了儲層分層。色素濃度也可以用來確定藍藻和藻類細胞數量更高的可能性。

樣品制備完成后，按照方法2150B(標準方法2017)進行傳統的TON測試，以確定T&O事件的大小，而根據方法2170(標準方法2017)進行修改的FPA，使用嗅覺檢測而不是味覺來確定存在的氣味類型。就像沒有一種分析方法可以檢測出水中所有的化學污染物一樣，沒有一種感官方法可以提供T&O問題的所有答案(Dietrich et al. 2003)。TON和FPA結果使技術人員能夠彌補這一差距，并選擇使用GC-MS /ECD方法來確定T&O化合物濃度。

一個半自動化的流動成像顯微鏡(FlowCam)被用來識別和枚舉藻類和藍藻細菌，并將它們分類為T&O生產者和過濾器堵塞者。知道哪些類群存在有助于阻止是否有可能發生T&O或氰化物毒素事件。化學分析可以表明T&O或氰化毒素化合物是否已經存在于水柱中，而對生物體的鑒定表明，即使化合物未被檢測到，加強監測是謹慎的做法。

藍藻爆發的存在并不意味著生物體是有毒的或產生T&O化合物。然而，沒有毒素或T&O化合物并不意味著問題不緊急(Westrick & Szlag 2018)。T&O化合物可以通過使用Adam和其同事(2020)描述的GC-MS方法所選擇的離子監測(稱為SIM)進行檢測和定量。

由于該地區許多最成問題的藍藻都能產生氰化物毒素，因此qPCR(使用CyanoDTec)被用于確定藍藻和產生氰化物毒素的基因的存在和豐度。qPCR陽性檢測后由第三方實驗室用液相色譜-串聯質譜法進行分析確認，這些數據與qPCR結果直接相關。

持續監測

Cypress環境實驗室繼續監測水源水樣的T&O化合物，以確保自來水保持無問題。在過去的幾十年里，人們對T&O化合物進行了重要的研究，但仍存在許多問題。感官質量和T&O的感知仍然是消費者飲用自來水的最大障礙。通過整合生物和化學方法，Cypress環境實驗室已經能夠主動監測藻類和藍藻細菌以及它們產生的T&O化合物和藍藻毒素。在經歷了60多年的完全開放后，威奇托福爾斯市使用這種方法在能夠T&O問題到來之前完全解決了它們。