水务热点｜应对突发嗅味物质污染：臭氧陶瓷膜板曝气表现如何？|刺激性气味|原水|去除率|曝气|氧化|臭氧|陶瓷膜板

导语

2-甲基异莰醇（2-methylisoborneol，2-MIB）和土臭素（geosmin，GSM）是饮用水中常见的嗅味物质。《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）将二者列为水质扩展指标。受细菌或藻类繁殖影响，2-MIB和GSM在饮用水源中具有季节性检出特征；当藻类集中暴发时，其浓度可能快速上升，而水厂常规的“混凝—沉淀—过滤—消毒”流程对二者的去除效果有限。

臭氧可用于消毒和有机污染物去除，但其在水中溶解度较低，从气相向液相传递的速率较慢，可能导致臭氧利用率降低、能耗成本增加。如何让臭氧更快、更充分地进入水中，成为了提升嗅味物质去除效能的关键。

《净水技术》2026年第4期发表了宁波市水务环境集团股份有限公司、河海大学环境学院联合署名的论文《臭氧钛板与臭氧陶瓷膜板曝气对典型嗅味物质去除效能的对比》。研究了以宁波市某水库原水为试验水质，对比臭氧钛板曝气和臭氧陶瓷膜板曝气的气液传质效率，考察两种方式对2-MIB 和GSM 的去除效能及臭氧投加量的影响，并评估臭氧处理后氯化过程中潜在的消毒副产物生成风险。

结果显示，在本试验条件下，陶瓷膜板曝气能更快地将臭氧溶解于水中，对 2-MIB和GSM的去除效能整体优于钛板曝气。研究由此提出，臭氧陶瓷膜板曝气可作为水厂应对突发嗅味物质污染的应急处理技术。

引用信息

CITE

周正协, 刘志刚, 费杰, 等. 臭氧钛板与臭氧陶瓷膜板曝气对典型嗅味物质去除效能的对比[J]. 净水技术, 2026, 45(4): 53-59, 68.

ZHOU Z X, LIU Z G, FEI J, et al. Comparison of ozone titanium plate and ozone ceramic membrane aeration for removal efficiency of typical taste and odor substances[J]. Water Purification Technology, 2026, 45(4): 53-59, 68.

DOI：10.15890/j.cnki.jsjs.2026.04.006

突发嗅味负荷为何难以依靠常规工艺应对？以实际水库原水比较两种曝气方式

2-MIB和GSM通常被认为是引起饮用水味道和气味问题的常见化合物。论文援引相关研究指出，浙江省境内水库型饮用水源中，两种物质具有明显的突发性和季节性规律，集中暴发时质量浓度可达100 ng/L，可能对供水品质和供水安全造成影响。

臭氧对有机污染物的氧化包括两条路径：一是臭氧分子的直接氧化，其还原电位为2.07 V；二是通过羟基自由基（·OH）实现的间接氧化，其还原电位为2.80 V。然而，气态臭氧只有进入液相后才能更充分地参与反应。传统曝气产生的气泡如果粒径较大，会较快上升至水面，气液接触时间有限，进而制约臭氧传质。

微纳米气泡则具有比表面积大、内压高和在水中滞留时间长等特点。论文将粒径为10～50 μm的微米气泡和粒径≤1 μm的纳米气泡统称为微纳米气泡。陶瓷膜板曝气作为一种新兴的微泡曝气方式，具有设备简单、能耗低和操作便捷等特点，但其在实际原水中的应用潜力仍需研究验证。

研究由此聚焦一个直接影响处理效能的问题：在相同曝气条件下，陶瓷膜板能否比钛板更有效地将臭氧传递到水中，并进一步提升典型嗅味物质的去除效果？

以实际水库原水比较两种曝气方式

试验用水取自宁波市某原水水库。该水源地 2-MIB和GSM浓度受季节和气温影响明显，近年来检出值为0～200 ng/L，频繁出现的高浓度集中在100 ng/L左右。研究因此设置30、60 和100 ng/L三个浓度梯度，用于比较两种曝气方式的处理表现。

两种曝气装置在孔径和材料上存在明显差异：钛板平均孔径为10 μm，孔隙率为 30%～40%，材料为钛粉；陶瓷膜板平均孔径为1 μm，孔隙率为35%～45%，材料为无机陶瓷。

曝气试验在内径80 mm、高900 mm的有机玻璃反应柱内进行。臭氧发生器以纯氧制备臭氧，经气态臭氧浓度仪和流量阀校正投加量后，分别通往钛板曝气头或陶瓷膜板。达到预定臭氧投加量后停止通气并取样，再使用硫代硫酸钠淬灭残余臭氧。所有试验重复3次，结果取平均值并计算标准误差。

研究从四个层面展开比较：臭氧气液传质效率、不同曝气时间下2-MIB和GSM 的去除效能、不同臭氧投加量下的去除变化，以及臭氧处理后氯化过程中的消毒副产物生成情况。

图 1 试验装置

陶瓷膜板让臭氧更快进入水中

研究首先在相同条件下比较两种曝气方式的气液传质效率。试验条件为：气态臭氧质量浓度（48±2）g/(N·m³)，曝气出口压力0.2 MPa，曝气流量0.20 m³/h，并连续15 min监测水中的溶解态臭氧。

通气3 min 时，陶瓷膜板曝气水中的溶解态臭氧质量浓度迅速升至0.76 mg/L，而钛板曝气约为0.30 mg/L。陶瓷膜板曝气约 5 min 即可使溶解态臭氧达到0.80 mg/L，钛板曝气则需要7～8 min 才能达到相同水平。

这一结果表明，在本试验的相同曝气条件下，陶瓷膜板达到相同溶解态臭氧浓度所需的时间更短，臭氧气液传质效率优于钛板。

图2 曝气方式对比

更快的传质转化为更高的嗅味物质去除效能

在臭氧投加量为1.75 mg/L的条件下，研究分别对初始质量浓度为30、60和100 ng/L的2-MIB与GSM进行处理，并监测不同曝气时间下的剩余浓度。

对于2-MIB，经过30 min曝气，两种方式均表现出有效降解能力；在三个初始浓度条件下，陶瓷膜板曝气后的2-MIB残余浓度均低于钛板曝气。

当2-MIB初始质量浓度为30 ng/L 时，两种方式最终均能完全去除2-MIB，但处理速度存在差异：第15 min时，陶瓷膜板曝气系统中已无2-MIB 残余，而钛板曝气系统中仍有7.62 ng/L。

初始质量浓度升高后，两种方式的去除效能均有所下降。2-MIB 初始质量浓度为60 ng/L 时，曝气30 min 后，钛板与陶瓷膜板曝气的去除率分别为 91.5% 和 93.2%；初始质量浓度为 100 ng/L 时，两者去除率分别为 92.9% 和 98.1%。在 60 ng/L 和 100 ng/L 两种条件下，处理后虽仍有残余，但均低于论文所述 10 ng/L 的出厂标准限值。

GSM呈现出相似趋势。在初始质量浓度为30 ng/L 和 60 ng/L 时，曝气 30 min 后，陶瓷膜系统出水中的GSM 残余浓度低于钛板系统，并低于论文所述 10 ng/L 的标准限值；在第15 min 等曝气中途节点，陶瓷膜板曝气也表现出更快的去除速度。

这些结果说明，在论文设置的浓度、臭氧投加量和曝气时间范围内，陶瓷膜板曝气对两种典型嗅味物质的去除表现整体优于钛板曝气，其优势在嗅味物质负荷增加时更加明显。

微纳米气泡可能通过传质与界面效应共同增效

陶瓷膜板曝气的优势不仅体现在溶解态臭氧浓度上。论文结合试验结果与相关研究，从气泡传质和界面效应两个方面分析其可能机制。

一方面，论文援引的既有研究显示，在相同曝气条件下，钛板曝气产生的气泡粒径比陶瓷膜板曝气高出60倍。较大的气泡容易从曝气口快速上升至水面，使气液接触时间缩短；陶瓷膜板产生的微纳米气泡则能提高臭氧传质效率，增加水中可与2-MIB和GSM反应的臭氧量。

另一方面，臭氧微纳米气泡的界面效应也可能参与嗅味物质去除。论文引用的研究表明，臭氧微纳米气泡的Zeta电位为−28.11 mV，能够促进原水中2-MIB和GSM悬浮颗粒的吸附；气泡在水中上升和收缩的末期形成高温、高压条件，还可能促进水分子和臭氧分解并产生·OH。

增加臭氧投加量，两种方式均增效，但增幅不同

研究将通气时间固定为15 min，并将臭氧投加量由1.75 mg/L逐步提高至2.60 mg/L和4.00 mg/L，比较两种曝气方式的去除效能。

随着臭氧投加量增加，2-MIB和GSM的去除率均同步提高。陶瓷膜板曝气对 2-MIB的去除率依次为 55.4%、66.7%和73.3%，对GSM的去除率依次为62.3%、74.3%和84.1%。

相同条件下，钛板曝气对 2-MIB的去除率依次为53.4%、57.3%和63.7%，对GSM 的去除率依次为59.4%、62.4% 和 66.9%。

在较高臭氧投加量下，两种曝气方式的差距进一步显现。论文认为，这可能是因为微泡周围存在较薄的液膜或扩散层，缩短了气体分子的扩散路径并降低传质阻力，而且该效应在臭氧浓度较高时更为明显。