水和廢水中的有機物監測

總有機碳（TOC）監測是行業了解其用水或廢水質量的重要工具。它有助于確定水中存在的有機物質的量，有多種用途。TOC監測還使不同行業在多方受益，包括提高安全和加強環境保護，節省成本以及更好地遵守相關法規。但是，TOC監測也可能帶來技術實施和成本等方面的挑戰，這取決于應用的復雜性以及采用的儀表是否適用。

什么是BOD、COD和TOC？

檢測有機物含量采用的最傳統分析技術是生物需氧量（BOD）。隨著技術的發展，法規允許采用其它方法來分析有機污染，如化學需氧量（COD）和總有機碳（TOC）。盡管BOD和COD已廣泛使用，但TOC已成為越來越廣泛接受的替代方法。

BOD是確定廢水有機污染的最常見的參數之一。該方法依靠微生物通過消耗樣品中的氧氣來分解有機物。如果水樣品中有機物含量高，會導致溶解氧消耗增大。通過測量在20℃溫度條件下培養五天所消耗的氧氣量，BOD試驗可以間接指示有機污染。

化學需氧量（COD）是用于確定廢水有機污染程度的另一種方法。該試驗采用化學氧化來分解水中的污染物，然后測量在該分解過程中消耗的氧氣。如果氧氣消耗量增大，這說明品中有機物含量增 高。2-3小時的分析時間少于BOD所需的時間，但需要用到有毒試劑。

多年來的技術進步引入了總有機碳（TOC）分析儀，用于直接、快速檢測水中有機物含量。與通過需氧量來確定有機物含量的BOD或COD不同，TOC分析儀是直接檢測和定量分析樣品中的碳。TOC分析儀將有機物氧化成CO2，然后通過電導率或非色散紅外檢測（NDIR）來測量CO2。樣品氧化所采用的不同方法包括紫外線過硫酸鹽、燃燒和超臨界水氧化（SCWO）。TOC可通過特定相關性轉換為BOD和COD。但是，在排放法規中，也有用TOC取代BOD/COD的趨勢。

挑戰與TOC解決方案

對于行業而言，總有機碳（TOC）監測對于確保其產品和工藝安全至關重要，同時，還有助于檢測樣品中有機化合物的量。

在TOC監測方面，如果行業無法將其應用需求與合適的TOC技術相匹配，則將會面臨諸多挑戰。造成這種情況的原因有很多，包括取樣技術欠缺，難以檢測低濃度有機化合物以及分析方法不可靠。儀器商已經開發了不同的TOC解決方案來應對這些問題，從而降低了TOC監測的復雜性和成本，如下兩個實例所示。

電力行業

挑戰：

煤氣化裝置要求在現場的水處理能力約為5,000-6,000 GPM，目標是零工藝水排放。由于該裝置采用的是再生市政水，因此其蒸汽和冷凝水的來源中有機物含量高。因此，必須監測反滲透（RO）膜上的有機物負載量，以對處理工藝進行調整并保護寶貴的資產。

解決方案：

最初，在實驗室進行TOC分析，后來采用在線TOC分析，以監測RO預處理性能并驗證其可靠性。實時監測能夠可靠、有效地調整預處理混凝劑的投加量。

食品飲料行業  

挑戰：

對于大型無菌生產企業，如果出現非無菌產品，會反復造成產品損失。他們一直在使用ATP檢測拭子來檢測微生物污染。但是，質量問題和產品損失則表明他們需要一種新技術。為了驗證設備的清潔度并確保質量和安全，他們必須確保在開始滅菌前完全清除污染物和殘余產物。除改進其清洗驗證工藝外，生產企業還希望降低用水量和成本。

解決方案：

食品飲料生產企業需采用以turbo模式運行的Sievers? M9 TOC分析儀來進行TOC分析——每4秒鐘提供一個數據點，以對原位清洗（CIP）后的沖洗樣品進行監測。在審核過程中，證明這些數據對設施在CIP效果和設備清潔度方面很有價值。通過目視檢查確認設備很臟，但通過ATP檢測拭子檢查發現設備干凈，但事實上并非如此。來自TOC監測的定量和全面的數據能夠進一步減少不必要的CIP次數，并針對不同產品對其進行優化，從而節約用水并改進清洗工藝。

碳監測

通過TOC分析進行碳監測是一種重要且有用的方法，可以在水通過工業設施時對水質進行檢測。通過檢測可能出現的任何工藝中斷，防止導致停機并造成高昂維護費用，這還是一個保護寶貴設備資產的好方法。

碳監測在以下方面很有用：

• 資產保護

• 工藝優化

• 質量控制

• 滿足法規要求

源水水質

源水污染水平會發生很大變化。水質可能受到季節變化、暴風雨徑流和當地火災等多種因素的影響，這些因素可能會造成源水被有機物污染。

你的源水告訴了你哪些信息？通過對源水直接進行碳監測，以：

• 監測基線 — 確定源水的正常TOC水平。

• 識別發生的變化 — 市政是否改變了工廠水源？是否有暴風雨或天氣事件改變了進入裝置的源水的質量？

• 采取糾正措施 — 采用實時、直接的碳數據來調整水處理工藝。確保處理裝置正常運行，并調整流量以確保按照足夠的比例脫除。

公用工程用水水質

工業設施經常需要熱量來推動化學反應或工藝原材料。在許多工業裝置中，使用公用工程用水來產生熱量或便于熱交換。

熱量的產生通常通過鍋爐給水和冷凝水返回來實現。超純水在鍋爐中加熱，然后轉化為蒸汽。

你的公用工程用水告訴了你哪些信息？通過對公用工程用水直接進行碳監測，以：

• 監測基線 — 確定鍋爐給水的最佳TOC含量，以滿足設備保護的質量要求。確定正常的冷凝水水平。

• 識別變化 — 快速檢測由于處理低效或水源變化而導致的鍋爐給水變化。無論是冷卻液本身還是其它工藝流體，能夠快速發現冷凝水泄漏。

• 采取糾正措施 — 調整處理以確保鍋爐給水的質量，如果被污染，則將冷凝水轉移到廢水收集設施或實施停車以防止污染影響產品或設備。

廢水處理工藝

碳監測可以以多種途徑用于廢水處理，包括監測處理設施的廢水負荷、生物處理效率或最終排放質量是否合規。

你的廢水告訴了你哪些信息？對廢水直接進行碳監測，以：

• 監測基線 — 定量分析原始廢水中的碳負載量，以了解系統的真正養料負載量。

• 識別變化 — 檢測可能影響處理的任何變化傾向或較大波動。

• 采取糾正措施 — 調整投加量、停留時間或進行分流，以優化處理并實現廢水排放標準中規定的質量目標。

對工業用水實施直接碳監測可使許多不同行業受益匪淺。TOC是控制產品質量、優化工藝、保護反滲透膜和鍋爐等資產以及確保滿足法規要求的絕 佳工具。TOC能夠為決策提供快速、準確的數據，并正在被寫入世界各地更多的監管指南中。通過采用有機物監測，世界上許多不同的行業都在有效地監測用水和廢水的質量。