什么是toc？toc使工厂正朝着示范性监测的未来发展-pg电子竞技平台

2022-06-27 14:28:02

测量最终排放时的有机物负荷对于法规合规性至关重要。

与此同时，在流动点和处理工艺过程中监测有机物含量也已成为过程控制和资产优化的有效做法。

例如，城市污水处理厂对流入的污水进行碳监测有助于加强生物处理，从而优化工艺过程控制和实时做出过程决策的能力。

toc分析作为一种提高水处理设备耐用性的工具正在获得认可。

01

什么是toc？

toc：总有机碳

总有机碳（total organic carbon，toc）是水中有机物所含碳的总量，所以能完全反映有机物对水体的污染程度。

化学需氧量（cod）、生化需氧量（bod）是间接测定水中有机物的方法，一切有机物都是以有机碳组成，水中有机物在氧化时释放出的碳与氧结合生成co2，测定生成的co2是直接测定有机物的方法，因此toc是直接测量水中有机污染物较好的方法。

它是比cod和bod5更能确切表示水中有机污染物的综合指标。

toc分析已成为世界许多国家水处理和质量控制的主要手段。

另外，在饮用水供给、制药、食品、半导体工业、废物腐殖质化程度分析、水生系统的碳通量分析、土壤碳含量的测定、以及土壤的碳循环中都需要进行toc的测定。

02

toc怎么测量？

水中toc的监测都使用仪器法进行测定。

如采用直接燃烧氧化-非分散红外法和k2s2o8氧化-非分散红外法的总有机碳监测仪等。

自1962年开发了有机物燃烧氧化分解后用非分散红外气体分析仪连续测定方法以来，toc分析仪得到飞跃发展，它能在高温催化氧化的状态下或k2s2o8存在的条件下氧化分解所有有机物。

高温催化氧化方法的氧化温度一般在980℃。

这一方法已列入许多国家的标准方法中，如美国在1967年就在astm试验法（美国材料试验协会）d-2579中法定采用，美国epa9096方法规定用燃烧—非分散红外法（ndir）测定水中toc，现在美国测定水中有机物综合指标的测定仪器主要以toc为主；日本是在1970年开始讨论toc方法，1971年新修改的jis方法中就作为参考方法列入jis k0101中；我国也在1991年正式将本方法作为地表水和饮用水中toc 测定的国标方法。

toc的测定方法中的氧化方式有燃烧氧化法和湿式氧化法，产生的co2气体检测方法有ndir、电导法和fid 法等。

由于燃烧—非分散红外法不适用测定含高盐量的海水、测定方法灵敏度较低和仪器较昂贵，所以湿式氧化法测定总有机碳成为基体复杂水样中toc的有效测定方法，如过硫酸钾紫外氧化- 非分散红外法、二氧化钛- 电导率法等。

更具体来说，测定toc 时使用的氧化有机污染物的方法有三种，即：加热氧化、紫外照射-过硫酸盐氧化和oh自由基氧化。

实验室用toc测定仪和自动在线toc 监测仪都有使用这三种氧化方法的仪器，虽然三种氧化方法的仪器设计、类型及氧化特性等不同，但必须能使待测水样中的有机污染物全部转变成co2，通过测量生成的co2量计算水样中的toc浓度。

1、加热氧化法

①加热氧化方法是在高温下燃烧水样中的有机物，使其转化为co2，如果温度控制合适，且催化剂效果良好时，这种方法是三种氧化方法中氧化效率最高的方法。

②在小型燃烧炉中加入少量待测水样，加热至600～980℃以铂金属作催化剂使有机污染物氧化，在瞬时燃烧使有机物完全氧化。

③由于允许进样量仅为0.1ml，为了使测量的水样具有代表性，在进样前将水样均匀化并且通过滤膜过滤后测定，这是对测量结果影响最大的因素。

然而，在环境监测中使用存在着测定数据的代表性问题。

④这种方法非常适合于实验室用toc测定仪，而用这种方法氧化设计的toc自动在线监测仪，必须在现场用标准toc样品反复标定，且水样前处理装置也较为复杂，难以自动在线清洗。

由于hj/t91-2002规定排放污水必须测定含悬浮物的原始水样，仪器的日常维护和管理也十分重要。

2、uv

1）在uv/ 过硫酸盐氧化法中，是向水样中加入k2s2o8并混合均匀后，用紫外光（uv）照射，这种方法水样中大的颗粒物不能被完全氧化，其氧化效率受水样中有机污染物的形态影响。

2）uv光照射能放出少量o3，由于其量甚微，对水样的氧化实际起不到明显作用。

3）经简化后的这种氧化方法氧化效率有所提高，但其可变因素应是研究和开发新仪器的重点，以这种氧化方法为原理的仪器，无论实验室用还是自动在线监测用toc测定仪，对使用人员的技术水平和熟练程度都要求较高。

以这种方法氧化的toc测定仪由于其价廉，很受用户欢迎，是使用率和普及率最高的toc测定仪。

3、oh

1）bio tector作为具有氧化性的试剂，用其oh自由基的氧化能力开发出新的toc监测仪，在ph较高的情况下，o3浓度较高时则生成oh，由于oh不稳定，且腐蚀性较强，但能有效地氧化水中的有机污染物。

2）在o3和naoh存在时，在反应室内生成的oh氧化剂可氧化较大量水样中的有机污染物，因此toc测量结果不受水样中悬浮物及颗粒物的影响，水样不经过滤可直接测定。

3）该方法适合于toc自动在线监测仪，但对流路系统要求较高。

03

最佳食物与微生物的比例

市政工厂按照多个步骤处理流入的废水。

初级处理需要物理分离，通过筛选和沉淀提取固体。

在这种初级处理之后，工厂通常使用二级生物处理工艺来限制进水废水的有机物含量。

该工艺通常取决于在活性污泥中使用好氧细菌来帮助分解水中的有机化合物。

经常通过传统bod测试测量细菌的“食物”——有机分子。

为确保处理过程中有机物和微生物的适当平衡，工厂使用称为食物与微生物（f:m）比率的通用参数。

f:m比值低的系统意味着“食物”不足，并导致负责分解有机分子的微生物没有足够的“食物”去分解。

相反，在高f:m比值的系统中，微生物可能会因有机物负荷过高而无法胜任分解工作，这会导致有机污染物无法有效祛除。

为了最大限度地提高生物质的健康状况并确保有机污染物的祛除，工厂以最佳f:m比值运行是关键。

与传统的需氧量测试不同，toc分析仪直接测量废水中所含的碳量，从而使操作员能够准确地定量分析f:m比值中的“食物”。

bod5测试的五天响应时间通常不足以快速进行工艺调整，尤其是在有机物负荷波动的工厂中。

为了加快对流入废水中有机物负荷波动作出响应的时间，许多工厂正在转向toc分析，这种分析无需危险化学品即可提供快速分析。

利用toc分析进行快速工艺调整，同时直接测量进入系统的碳，可使工厂维持最佳f:m比值，确保生物处理能正常运行。

04

超滤（uf）和反渗透（ro）膜优化

能够直接快速检测有机碳也使得toc分析成为污水处理厂膜保护的可靠工具，尤其是在水源有限的地区。

这些缺水地区已经开始使用超滤（uf）和反渗透（ro）膜来处理废水以供再利用。

在膜过滤中，受污染的水通过半透膜输送，该膜将悬浮固体和大分子量化合物从工业废水中分离出来。

然而，水流中大量的有机污染物通常会聚集在膜表面上导致有机物污染，并且一些化合物会导致膜损坏。

膜污染的增加导致穿过膜的液体通量减少，降低了处理的有效性。

虽然增加跨膜压力（tmp）以维持适当的跨结垢膜通量可能是有效的，但这往往会导致能源成本的增加。

修理或更换污损的膜会限制废水处理厂的操作能力，也会增加成本。

尽管反冲和原位清洗（cip）策略是常规应用，但对于处理碳含量高的水的膜通常需要频繁的清理周期。

这不仅会导致停机时间增加和清洗化学品的成本增加，还会缩短膜的使用寿命。

为了保证膜的使用寿命并以最高效率正常运行，工厂直接跟踪膜上游水中有机物含量是有益处的。

虽然传统的需氧量测试可以提供污染物含量的间接指示，但toc分析可更简单地提供有关废水碳含量的即时数据。

使工厂可以调整流量，以保护膜，同时评估处理效果，并确定上游的工艺波动。

膜前后水的在线toc分析提供了跨膜的碳含量和萃取效率随时间变化的实时数据。

通过从需氧量转向toc分析，许多工厂发现通过保护运行设备可以提高经济效益。

05

膜生物反应器（mbr）优化

膜生物反应器（mbr）系统是一种在市政和工业废水处理厂中都受到关注的处理工艺。

该工艺结合了生物处理和过滤膜，以限制废水中有机物的数量。

mbr系统的优点是比传统的生物处理占地面积小得多，病原体去除能力提高以及更高等级的污水。

类似于传统的生物处理，mbr系统中的废水最初引入带有活性污泥的曝气池。

在引入浸没在水中的膜之前，污泥中的微生物开始分解样品中的有机污染物（微滤或超滤）。

水通过膜供给，这不仅提取额外的污染物，而且排斥在生物处理工艺中产生的任何固体。

这种生物处理和浸没式过滤膜的混合，通常会产生比单一工艺更清洁的出水。

与其他膜过滤系统一样，结垢可能是mbr系统需要考虑的一个重要因素。

它们可能会堵塞并且产生淤泥，这需要增加停机时间和进行维护。

mbr系统与传统生物处理一样，依赖于维持最佳的f:m比值以确保有效去除有机物。

优化f:m比值是一种有效的方法，有助于减轻任何与mbr膜相关的风险。

通过在一致的基础上以最佳f:m比值运行，工厂可以保证生物质的健康并限制可能导致膜污染的有机物。

尽管f:m比值的有机物含量传统上以bod5进行测量，但工厂现在正在转换为在线toc分析仪，以高速、直接测量水中的碳含量。

通过促进立即对工艺作出决策，操作员可以维持最佳f:m比值，从而降低成本和对污染膜的维护工作量。

toc能够快速直接分析碳含量的能力正在推动有机物分析通过排放法规合规性，并通过工艺控制和设备保护降低成本。

结论

目前，bod5是最常用的工业废水有机污染物参数。

尽管它存在精度和许多其他问题，但它已被纳入全球废水法规。

虽然cod测试更快、更精确，但它需要使用和处置剧毒化学品。

toc分析仪能够在几分钟内生成快速准确的数据，因此越来越受欢迎。

与bod5和cod测试不同，toc分析仪直接测量有机物含量，而不是通过测量需氧量来间接确定有机物含量。

许多监管机构现在看到了最先进技术（如toc）的价值。

目前，美国已授权工厂在进行长期相关性研究获得批准的情况下，使用toc代替bod。

测试方法转变的一个例子是欧盟，由于缺乏有毒化学物质，欧盟不再推荐bod5，而是将重点放在toc上。

随着欧洲废弃过时的测试方法，其他国家开始意识到监测工艺转型和改变法规的好处。

随着技术的进步，世界各地的管理机构将继续在法规中引入更准确和精确的参数。

在全球工业增长持续扩张过程中准确监测废水的必要性从未如此重要。

toc在法规监测、资产保护和工艺控制方面的能力使得工厂朝着示范性监测的未来发展。