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通過TOC實時監測獲得水處理數據洞察，以改進工藝控制、質量與合規性

閱讀：359 發布時間：2021/11/8

　　水和污水處理的運營決策取決于所采用的有機物檢測工具，如生物需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)和總有機碳(TOC)準確評估有機污染。為了符合規定和優化處理步驟，節省時間和金錢，了解和理解有機負荷以及有機脫除效率作為關鍵控制工具，是非常有價值的。

　　BOD和COD是傳統實驗室測定有機物含量的參數，TOC是相對較新的檢測指標。雖然這些參數測定的是水中不同的物質，但它們的測定結果有所重疊，都提供有關水和污水樣品中相對有機“濃度”的信息。美國和歐洲法規框架中，為了證明出水符合限值標準，大部分都要求BOD和COD這兩個數據。增加TOC數據作為補充，可以快速發現機會，調整工藝，優化操作。僅使用COD或BOD，這些機會很可能會被忽略。

　　在線TOC分析利用實時數據對有機負荷進行定量，使操作人員能夠依據觀察到的波動，根據數據快速做出處理決策。

　　01 BOD和COD

　　BOD測定水中有機污染物微生物降解的需氧量。樣品在20°C培養5天得到結果，由于各種因素，如干擾(微生物抑制劑、消毒劑、氯、鹽等)和操作人員的操作，重現性受到限制(+/-20%)。

　　COD是一種比較普遍的BOD替代補充檢測，其主要優勢是檢測時間僅需2小時。COD測定水中化合物化學氧化的需氧量。該檢測需要使用危險有毒的化學試劑，如溶于50%硫酸溶液中的重鉻酸鉀，并且干擾氯化物、亞硝酸鹽和鐵離子。

　　雖然BOD和COD是必須測定的參數，但它們的缺點不符合用戶的期望，我們一直是在尋求更好的測定有機物濃度的替代方法。

　　02 TOC

　　在短期調整和即時結果很重要的領域，越來越多的水和污水廠運營商在有機物監測體系中增加了對TOC的監測。與BOD和COD不同的是，TOC可以在實驗室與/或在線檢測，每隔幾分鐘就得到一個檢測結果。

　　TOC分析儀測定水和污水樣品中總有機物質的含量。分析儀的類型很多，但都是將有機碳氧化為二氧化碳(CO2)，然后，采用檢測方法測定產生的CO2。氧化方法包括燃燒、紫外(UV)過硫酸鹽、超臨界水氧化，而檢測方法包括非色散紅外(NDIR)法和膜電導法。

　　在線分析的主要好處是其利用實時數據對有機負荷變化進行量化，使操作人員能夠依據觀察到的波動，根據數據快速做出處理決策，節省時間和金錢。

　　在線TOC分析儀通常一年中需要多次維護，更換易耗品。但更新型的TOC分析儀使用簡單，每個季度僅需維護一次，每6至12個月校正一次。

　　也許TOC最大的重要性是其準確檢測工藝變化的靈敏性，以及對低含量和高含量有機污染都能精確定量。

　　03 案例

　　下面列出了美國三家采用在線TOC作為監測工具，快速做出處理決策的城市飲用水和污水處理廠。TOC分析幫助這些運營商優化了工藝和操作。

　　科羅拉多州博爾德市公共工程污水處理設施

　　2008年，第75街污水處理廠(WWTF)將其除磷脫氮工藝升級到改良型Ludzack-Ettinger(MLE)工藝。該活性污泥工藝將出水中氨和硝酸鹽的濃度成功降低到合規水平，直到2017年該區域實行了最新的每日最大限值。由于存在違規風險，該污水處理廠進行了在線檢測和工藝建模，從而確定了脫氮不*的原因：該污水處理廠MLE工藝缺氧區的碳限制。

　　在使用Sievers® InnovOx在線TOC分析儀后，其提供的數據證明，碳和氮的日變化足以抵消對污水處理廠碳限制的作用。這提供了原先被忽略的許多優化機會，因為原先是以天為基礎考慮碳/氮比。通過這一信息，該廠選擇氮升級來緩解這個問題。氮解決方案將使操作人員能夠通過平衡碳/氮比日變化，減少外部碳用量。它還支持該廠滿足營養物廢水排放新法規的要求。

　　科羅拉多工廠在線TOC分析儀的特點是穩健的樣品處理能力和擁有專業技術的超臨界水氧化技術。其雙通道或可選的5通道配置能夠連續監測多種水流來源，同時可以針對不同顆粒含量進行配置，不需要維護過濾系統，使其用于污水應用非常理想。

　　加州圣馬科斯市雙橡樹谷水處理廠

　　該*浸沒式膜超濾(UF)水處理廠的源水是95%地表水和5%再生水(主要是超濾膜反洗水)。現場循環水工藝從均化開始，然后加入促凝劑/絮凝劑，然后在Lamella+板式沉降器中沉降。沉降的水與原水匯合，送往超濾膜。該廠對板式沉降器的進水和出水實施TOC監測，以了解板式沉降器的有機物脫除效率。它們還想了解UF膜的有機污染情況，從而能夠調整處理工藝，防止污染發生。

　　使用Sievers® InnovOx在線TOC分析儀后，在線分析表明TOC初始脫除效率是大約40-50%。雖然嘗試了各種不同的處理方案，但TOC在線分析對處理效率提供了接近實時的數據。此時，控制pH實現的TOC脫除效率優于加入不同絮凝劑的效果。但是，確保合適的平衡需要連續正確監測有機物脫除情況。因此該廠持續進行TOC監測，確保最佳操作和連續試驗新技術，改善有機物脫除，防止膜污染。

　　科羅拉多州恩格爾伍德市水處理廠

　　該飲用水處理廠處理當地河流的地表水。為了改進工藝和尋找節約成本的機會，該市將其杯罐實驗法的工藝數據從濁度擴展到TOC。為了確保符合消毒副產物(DBP)條例要求，在開展試驗之前，他們的化學試劑添加量是比較盲目的。DBP條例要求在其分配系統最遠端脫除TOC和減少DBP形成。

　　該市使用Sievers® M5310 C TOC分析儀進行TOC監測。該分析儀特別設計用于飲用水應用，通過自動計算進水和出水或樣品的TOC百分脫除率，符合DBP條例要求。該系統預先校準，小巧獨立，維護要求低。該廠使用的M5310 C分析儀是便攜式的，不需要從連續樣品源拆下儀器或改變樣品進口配置，即可采集樣品。