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(xué)需氧量(COD)和總有機碳(TOC)準確評估有機污染。為了符合規(guī)定和優(yōu)化處理步驟，節(jié)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(guān)鍵控制工具，是非常有價值的。
BOD和COD是傳統(tǒng)實驗室測定有機物含量的參數(shù)，TOC是相對較新的檢測指標。雖然這些參數(shù)測定的是水中不同的物質(zhì)，但它們的測定結(jié)果有所重疊，都提供有關(guān)水和污水樣品中相對有機“濃度”的信息。美國和歐洲法規(guī)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(shù)據(jù)。增加TOC數(shù)據(jù)作為補充，可以快速發(fā)現(xiàn)機會，調(diào)整工藝，優(yōu)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(shù)據(jù)對有機負荷進行定量，使操作人員能夠依據(jù)觀察到的波動，根據(jù)數(shù)據(jù)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(yǎng)5天得到結(jié)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(xiàn)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(yōu)勢是檢測時間僅需2小時。COD測定水中化合物化學(xué)氧化的需氧量。該檢測需要使用危險有毒的化學(xué)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(shù)，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(diào)整和即時結(jié)果很重要的領(lǐng)域，越來越多的水和污水廠運營商在有機物監(jiān)測體系中增加了對TOC的監(jiān)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(jié)果。
TOC分析儀測定水和污水樣品中總有機物質(zhì)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(chǎn)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(dǎo)法。
在線分析的主要好處是其利用實時數(shù)據(jù)對有機負荷變化進行量化，使操作人員能夠依據(jù)觀察到的波動，根據(jù)數(shù)據(jù)快速做出處理決策，節(jié)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(jiān)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(yōu)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(shè)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(guī)水平，直到2017年該區(qū)域?qū)嵭辛俗钚碌拿咳兆畲笙拗?。由于存在違規(guī)風(fēng)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(qū)的碳限制。
在使用Sievers® InnovOx在線TOC分析儀后，其提供的數(shù)據(jù)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(yōu)化機會，因為原先是以天為基礎(chǔ)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(yǎng)物廢水排放新法規(guī)的要求。
科羅拉多工廠在線TOC分析儀的特點是穩(wěn)健的樣品處理能力和擁有專業(yè)技術(shù)的超臨界水氧化技術(shù)。其雙通道或可選的5通道配置能夠連續(xù)監(jiān)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(tǒng)，使其用于污水應(yīng)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)?，F(xiàn)場循環(huán)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(jiān)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(diào)整處理工藝，防止污染發(fā)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(shù)據(jù)。此時，控制pH實現(xiàn)的TOC脫除效率優(yōu)于加入不同絮凝劑的效果。但是，確保合適的平衡需要連續(xù)正確監(jiān)測有機物脫除情況。因此該廠持續(xù)進行TOC監(jiān)測，確保最佳操作和連續(xù)試驗新技術(shù)，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?shù)睾恿鞯牡乇硭?。為了改進工藝和尋找節(jié)約成本的機會，該市將其杯罐實驗法的工藝數(shù)據(jù)從濁度擴展到TOC。為了確保符合消毒副產(chǎn)物(DBP)條例要求，在開展試驗之前，他們的化學(xué)試劑添加量是比較盲目的。DBP條例要求在其分配系統(tǒng)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(jiān)測。該分析儀特別設(shè)計用于飲用水應(yīng)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(tǒng)預(yù)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(xù)樣品源拆下儀器或改變樣品進口配置，即可采集樣品。
TOC分析通過自動計算進水和出水或樣品的TOC百分脫除率，以符合消毒副產(chǎn)物DBP(disinfection by-product)條例。
通過TOC監(jiān)測，該市在幾步優(yōu)化中降低了運營成本。這些優(yōu)化包括：改變pH、改變絮凝劑類型或絮凝劑用量已獲得最佳效果，確保有機物脫除，以及了解何時再生顆?；钚蕴?GAC)。
04 結(jié)論
TOC監(jiān)測幫助推動智能型、信息型的快速決策，改進飲用水和污水處理廠的工藝控制。TOC分析對水處理設(shè)施而言是一個強大的工具，可以幫助運營商持續(xù)有效地進行水處理，對處理成本也有著積極影響，以滿足目前和未來的法規(guī)要求。
原文英文版刊登于《WaterWorld》雜志2018年6月刊
作者：CéLINE ASSMANN、AMANDA SCOTT
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