Airsense电子鼻文献 | 浅水水库底泥致嗅物质识别及其空间分布特征

浅水水库底泥致嗅物质识别及其空间分布特征

水体异味问题已成为全球水生态和水管理行业关注的焦点。水源地可能存在异味问题，土霉味、腐臭味比较普遍；现有研究多聚焦蓝藻 / 放线菌产生的土霉味物质（2-MIB、土臭素），对刺激性更强、居民耐受度更低的腐臭类挥发性有机硫化合物（VOSCs）研究偏少。浅水水库水力交换弱、水深浅，底泥厌氧分解产生的异味物质极易扩散至水体表层，风浪、取水扰动会加剧底泥异味释放，严重影响灌溉、生产用水水质与周边居民感官体验。

本文融合风味轮廓分析法 (FPA)、Airsense电子鼻、顶空固相微萃取 - 气相色谱质谱联用 (HS-SPME-GC-MS) 三种技术，系统识别沉积物致嗅物质、解析异味空间分布规律，明确异味污染核心成因与热点区域，为浅水水库底泥异味管控提供理论支撑。

研究区域

某水库，以农业灌溉为主，外源点源、面源污染负荷高；库区地形自坝区至库尾地势抬升：下游存在富营养化池塘与生活污水排放口，养殖、莲藕种植加剧外源污染。

采样布设

布设 10 个底泥采样点：坝区 3 个、库中 3 个、库尾近岸 4 个，采集 0–20cm 表层底泥，-20℃冷藏，48h 内完成气味检测。

检测与分析方法

采用 Airsense电子鼻，10 组金属氧化物传感器快速识别挥发性组分，通过线性判别分析 (LDA) 区分不同区域底泥气味指纹。

感官评价 (FPA)：5 名经专业嗅觉培训人员评估异味类型与强度（0–12 分级）。

HS-SPME-GC-MS：定量检测 11 种标准致嗅物（5 种含硫 VOSCs、2 种土霉萜类、吲哚、3 种酚类），SIM 模式质谱定量。

数据处理：Excel、Origin 绘图，LDA 降维区分库区气味差异，OAV 值评判各物质异味贡献度。

核心实验结果

01、底泥异味类型构成

FPA 感官结果显示两类主导气味：

土霉味（占比 54.3%）：源自蓝藻、放线菌代谢产物 2-MIB、土臭素，嗅阈值极低，是最易感知气味。

腐臭 / 沼泽味（合计 17.1%）：由甲硫醇 (MT)、二甲基硫醚 (DMS) 等 VOSCs 主导，刺激性强、危害人体。

其余为鱼腥味 (20%)、酚类化学味等，无纯化工试剂气味。

02、关键致嗅物质与异味贡献

共检出 11 种致嗅物，VOSCs 是异味绝对主导，总气味活度占比 96.7%：

硫系 VOSCs（MT、DMS、DMDS、DMTS、AMS）：甲硫醇平均浓度最高 (4.87 μg/L)，最大浓度为其嗅阈值 1828 倍，腐臭气味贡献最强。

土霉类物质（2-MIB、土臭素 GSM）：嗅阈值极低，气味贡献次之。

吲哚、酚类：嗅阈值高，OAV 低，对整体异味影响微弱。
Airsense电子鼻传感器响应最强通道为 W1S（甲基类）、W1W/W2W（硫化物），印证含硫甲基有机物是底泥核心异味组分，厌氧环境下硫化氢甲基化是 VOSCs 主要生成途径。

致嗅物质空间分布规律

01、Airsense电子鼻LDA气味指纹区分

第一主成分贡献率为93.95%，第二主成分贡献率为6.05%，总贡献率达100%，表明电子鼻能捕捉沉积物样品的整体信息，坝区底泥气味特征与库中、库尾明显分离；库中、库尾气味指纹重叠度高，异味组分相似度高。

02

浓度梯度趋势

从坝区沿水流向库尾，VOSCs 浓度、释放通量持续递减；水深热图显示坝区深水区域 DMS、MT 浓度显著更高。

03、污染热点成因

风浪、水流动力学作用使藻类残体、浮游生物、有机质大量沉积于坝区，为底泥厌氧微生物生成 VOSCs 提供充足含硫氨基酸前体物，坝区成为底泥异味释放 “热点区”。

结论

1、浅水水库底泥以土霉味、腐臭味为主要异味，VOSCs（甲硫醇、二甲基硫醚等）贡献 96.7% 气味活度，是核心致嗅污染物；2-MIB、土臭素为次要关键物质。

2、致嗅物质浓度沿水流坝区到库尾持续下降，坝区有机质富集、深水厌氧环境使其成为异味污染热点。

3、FPA 感官、Airsense电子鼻快速识别、GC-MS 定量联用，可完整表征浅水水库底泥异味特征、识别关键污染物。