【VEOLIA】乙烯廢水製程控制中成功關聯 BOD 和 TOC

挑戰

一家乙烯生產廠尋求改善廢水處理流程的性能和監測。來自生產設備的廢水在提升站匯合之後，流進均質池 (EQ 池)。在廢水進入「溶氣氣浮 (DAF，Dissolved Air Floatation)」系統之前，操作人員會在水中添加處理化學品，調整水的 pH 值。處理後的水被送到生物處理系統進一步處理，然後被澄清、排放。

工廠每天要在排放口取樣，並以生物化學需氧量 (BOD，Biochemical Oxygen Demand) 進行分析。 BOD和水的其它測量數據用於合規測試，計算出工廠排放的有機物總量。然而工廠無法使用報告為「未檢出(ND，Non-Detect)」結果的低 BOD 值。另一個難題是 BOD 分析要求 5 天的報告時間，這個時間延遲使 BOD 分析無法實際應用於處理流程的監測與最佳化。

解決方案

工廠採用分析監測方案來優化水處理工藝，以減少有機物排放量。雖然 BOD 分析對時間的要求使得此分析法失去實際應用價值，但可以利用 BOD 和 TOC 之間的關係在每個取樣點建立兩者的相關性。以這些相關係數進行總有機碳 (TOC，Total Organic Carbon) 分析，報告近乎即時的監測數據，在幾分鐘內即可預測出「相關生化需氧量 (BODC，Biochemical Oxygen Demand-Correlated)」數據。

在建立相關性時，需要有取樣計畫來定義樣本採集和數據分析。在操作現場，工廠用 Sievers® InnovOx 實驗室 TOC 分析儀來報告相關性的初始數據。當成功建立相關性後，工廠隨時可以將分析模式轉換為線上分析。

由左至右：Sievers InnovOx，在線與實驗室 TOC 分析儀

工廠選擇 3 個取樣點來決定製程操作，並比較 TOC 和 BOD 資料（見 表1）。

表1：廢水取樣點

由於 BOD 分析數據是非線性的，因此要求分別導出 BOD 和 TOC 樣品在每個取樣點的相關係數。

每天多次取樣，能夠提高相關性的準確度。在此次研究中，工廠監測3個測試點，在 2 週內共提取 7 份樣本。

第一個取樣點位於提升站之後和均質池之前，所取樣品來自穩定的進水。測量數據如 表2 所列。

表2：均質池進水數據

任何明顯的異常值都被前後 BOD 的平均值所代替，從而將相關係數從 0.675 提高到 0.923。對於廢水來說，高於 0.5 的相關係數都可用。表2 中的 BODC 值是用實測 BOD 和 TOC 值之間的關係計算出來的 BOD 值。

BOD / TOC 相關性

圖1：均質池進水的 BOD 與 TOC 相關性

進水的 BOD 和 TOC 的相關性非常可靠，因此可以用 TOC 來取代 BOD（見 圖1）。

最終澄清池出水處的第 2 個取樣點的測量結果顯示，如果濃度過低，就無法確定 BOD 值（見 表3）。

表3：最終澄清池數據

雖然用 TOC 分析法測得的碳量變化了 8 倍，但 BOD 的靈敏度仍達不到定量數據的要求。表3 的 BOD 數據顯示，在 7 個樣本中，有2個樣本無法被定量，被報告為「未檢出」。其它 5 個 BOD 樣品之間的數據偏差在 +/- 4% 以內，在統計上難以進行區分。出水的 BOD 只能用於進行合格/不合格測試。

深度處理池的 BOD 資料（見 表4）均報告為「未檢出」，因此無法建立同TOC的相關性。儘管BOD被報告為「未檢出」，但 TOC 數據仍然是準確的、精確的、線性的。

表4：深度處理池數據

結論

這家乙烯生產廠成功地用 TOC 分析法來監測廢水處理流程。他們得到的進水相關係數非常可靠，因此可以用近乎即時的 TOC 分析法來取代常用的 5 日 BOD 測試法。

有機碳測量結果是最可信的廢水排放數據。 TOC 分析法能夠直接測量出水中的低 ppm 有機碳，因此是更可靠的監測和最佳化工具。操作人員可以根據即時數據對可能出現的問題做出快速反應，及時採取糾正措施。