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TOC分析儀用于廢水監測
概要
廢水泛指使用過的水，其中會包含有人類排泄物、食品廢渣、油污、肥皂和化學物等。所有制造業及市政廢水廠都必須符合國家及當地地區的相關規定，以美國為例，美國國家環境保護局（USEPA）頒布清潔水法CWA（Clean Water Act）。
為了確保排放的污水符合CWA法案，企業必須具備由EPA或EPA授權代理審核批文的國家污水排放控制系統NPDES（National Pollutant Discharge Elimination System）。只有企業能確保每天排放的污染物低于CWA設置的低限值，才有可能獲得此批文。限值根據當地專業單位的規定，或者經處理廢水所排入的支流情況而互不相同。
為使成本最小化，必須對廢水處理過程優化。為幫助實現優化，很多工廠使用總有機碳（TOC）監測來確保水質，同時顯著降低費用。
處理過程
廢水處理廠的處理過程必須同時滿足國家及當地地區的規章制度。在生產過程或廢水處理廠中，一旦凈水補給時的水被污染或者不經處理就被排放，會對人體健康或者環境造成不良影響。
水處理的最終目的在于確保排放的水質中污染物的含量符合規定，或者廢水能被處理成可再回收使用的水質。此時的處理及凈化過程同時包含物理和化學處理。
凈化水的第一步是去除可疑的固體雜質，第二步是化學處理以確保危險化學成本或細菌最小程度地被排放至環境。
如果處理的過程未被適當地控制住，可能會對公司造成一定的影響。未被正確處理的水會對其接觸物料產生損傷，例如輸送管道或儲水罐。未被有效處理的水還可能造成工廠的停產，廢水水流的導流，或再返工處理。這些后果都會帶來不必要及昂貴的費用。
為什么要使用TOC
來優化處理過程？
對于廢水流或負載水在源頭就開始進行TOC檢測，可以作為基線讀數，這樣水處理廠就知道處理前原始的有機物含量。確定水中大致的總有機碳含量，可以推算出需要多少量的化學藥劑及過濾過程來進行處理。被排出的水或者處理后的凈水再次進行TOC檢測，通過對排出水的監控，處理工廠可以知道化學給藥否有效。處理工廠還可以漸漸地減少或調整化學藥劑的使用，實時比較其對出水質量的影響。
EPA（美國國家環境保護局）確定了五類污染物必須受到控制，包括耗氧性物質、病原體、營養物、無機物及合成有機化合物、熱量。所有這些污染物都會影響生態系統并對水質產生負面影響。這其中可以通過TOC監測的污染物是耗氧性物質。
過去，很多公司通過一個需要耗時5天的BOD（生物需氧量）測試或需要耗時2個小時的COD（化學需氧量）來對耗氧性物質進行監控。目前TOC設備的優勢及便利性漸漸體現，EPA已經允許使用TOC對耗氧性物質進行監控。TOC的分析過程僅需幾分鐘即可完成，相比之前的幾個小時甚至幾天，速度有很大的提升。EPA 40 CFR，取樣及測試程序，133.104章節中提到“可以用TOC方法取代BOD5，只要BOD:COD或者BOD:TOC的長期關聯性能被證實。"1當需要快速確定廢水流的組成時，TOC的快速檢測時間就是很大的優勢。
一但TOC數值顯示排放水符合規定，立刻就能節約水處理成本。相反，如果由于未知的工藝污染，最初測出的廢水TOC值開始上升，處理工廠可以立刻同步進行TOC分析，校正化學給藥量。這種“實時"糾正，能幫助終端客戶避免因排放不合格的廢水而造成違規及不必要的成本。
2009年因違反EPA2制定的CWA（Clean Water Act）而遭受罰款的案例
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真實案例
圖1：廢水處理廠的流程示意圖
圖1顯示了如何在整個水處理過程中多點使用TOC分析：
點1：監控總有機碳（TOC），以深入了解澄清步驟，保護設備資產并管理您的進水有機負荷點2：監控TOC，通過TOC∶COD相關性優化生物處理和控制工藝過程點3：監控TOC以進行法規監測，符合排放標準并避免高額罰款點4：監控TOC以優化三級處理點5：監控TOC以符合回用標準若在此流程中不使用TOC檢測控制，費用可能會很高而且可能會導致因不合規產生的違法費用。
Sievers® InnovOx實驗室TOC分析儀使工廠可以監控他們的處理過程，確保他們的處理設施是合法合規的，同時還可以優化化學處理。優化包括避免廢水的處理不足或過度處理。若不考慮廢水在處理過程中的停留時間，能夠根據實時的情況對廢水進行化學給藥可以幫助企業優化成本，較大化利潤。
Sievers InnovOx實驗室/在線TOC分析儀
Sievers InnovOx方法
Sievers分析儀在TOC分析方法上有了創新性的突破，為極其困難的樣品提供了穩定的分析儀。InnovOx使用了高效率的超臨界氧化（SCWO）技術，能夠連續檢測幾百個廢水樣品而無需校準、無需系統維護并不需要更換備件。
Sievers InnovOx的運行原理基于化學濕法氧化技術，通過在樣品中加入酸劑及氧化劑進行氧化。無機碳通過吹掃被去除，樣品在高溫下通過過硫酸鹽被氧化，生成的二氧化碳通過非色散紅外光度計進行測定。
InnovOx會提高樣品的溫度，并加入試劑確保充分氧化，并把液體水樣轉換成超臨界水。一旦進入這一狀態，超臨界水氧化（SCWO）現象便會發生。
這一創新技術可以使氧化效率達到99%，因此檢測精確度和準確度較高。
Sievers InnovOx還能在每個檢測結束后自動清除有問題的樣品基體污染。因此，在儀器內部例如反應器、管路或者閥門內都不會有鹽分或氧化副產物的累積問題。
結論
InnovOx TOC實驗室及在線分析儀能夠對廢水進行非常準確、精確及快速的檢測。若水廠能夠在處理之前和之后都對水質有清晰了解，那么優勢就是，能夠提高處理效率并最小化風險，最重要的還在于保證合規。對分析儀器的投資能夠很快在處理過程優化中收回成本，也降低了違反規范的風險。
參考文獻
1.EPA, CFR 40 Section 133.104 Sampling and Test Procedures, pg. 548, 7-1-07 Edition.EPA， 40 CFR，133.104章，取樣及檢測規程，548頁，7-1-07版
2.Environmental Protection Agency. EPA.org (accessed March 2009).
環境保護局，EPA.org (2009年3月)