案例概述
一家工業製造商用 Sievers® 線上總有機碳 TOC 分析儀改良了廢水處理工藝，提高了廢水排放合規性。
工廠監測多處廢水水質，監測點從廢水進水池，到均質池、分流池、處理池，最後到出水池。全面的監測加強了工廠對廢水處理流程的掌控，提高了排放合規性，同時使工廠對製程的多變性有了深入了解。
流進廢水的 TOC 範圍是 1500-2500 ppm，流出廢水的 TOC 通常是 5-6 ppm，因此工廠亟需 Sievers 分析儀這樣的強力監測工具來同時檢測高濃度和低濃度廢水，並且得到可靠的檢測數據。
此外，Sievers 分析儀團隊還提供無與倫比的技術支持，極大縮短了工廠停機時間，使工廠操作人員能夠專注於製程優化。快速、準確的監測結果使操作人員能夠迅速做出基於數據的決策，避免排放處罰，改善製程。
案例背景
化工廠希望實施先進的操作和維護計劃，以改善其廢水處理設施。改善過程成功與否，取決於工廠能否得到可靠的即時監測數據作為廢水處理決策的依據，以確保排放合規性和廢水水質，避免排放處罰。
這家工廠為快速發展的建築和採礦業提供服務，並堅持安全、合規、環保的經營理念。危險化學品的生產要求工廠必須有嚴格的製程安全管理、程序控制、工程方法來保護工人安全和生產環境。對環保的重視也使工廠致力於減少環境污染和保護生物多樣性。
「清潔水法 (Clean Water Act)」要求確保在工業生產活動中排放的廢水不會危害國家水道。因此工業製造商必須遵守廢水排放標準，並滿足排放許可要求。這家工廠投入大量資金來改進其廢水處理計劃，其中包括採用先進的水質監測技術，以實現排放達標和優化營運。
挑戰
可以透過正確的製程監控來有效提高廢水處理效率。必須對處理前的廢水、處理過程中的廢水、即將排放的廢水進行多點全面監測，才能符合排放標準、保護環境水體健康。
對於製程監控來說「化學需氧量」測量法不切實際
雖然許多工業排放標準都以「化學需氧量 (COD，Chemical Oxygen Demand)」作為衡量污染的標準，但對於製程監控來說，COD 測量法是不切實際的。這是因為 COD 法不能對廢水水質變化做出及時反應 (每次 COD 測量都需 2-3 小時才能完成)，而且 COD 法需要使用危險化學品。 COD 法的測量結果也容易受干擾，因為 COD 法測量的是樣品對氧的化學攝取量，而影響氧的攝取量的物質種類很多，也包括無機物。
工廠需要能夠測量具有挑戰性基質的樣品並提供即時監測結果的分析工具
總有機碳 (TOC，Total Organic Carbon) 法則直接測量在整個廢水處理過程中的有機物，包括有機物的分離和去除結果。 TOC 法在短短幾分鐘內即可為工廠的即時決策提供數據依據。
廢水處理的製程監測要求使用具有以下優點的分析工具：
- 功能強勁，能夠測量具有挑戰性基質的樣品
- 可靠性出眾，能夠大幅縮短工廠停工時間
由於上述挑戰，工廠須建立起有力的支持計劃作為成功的保證，該計劃不僅包括使用分析性能穩定的 TOC 分析儀，還包括為現場分析儀提供技術支持，以使工廠的生產人員能夠專注於生產活動，而不用分心於監測設備。
解決方案
Sievers 在線型 TOC 分析儀能夠檢測具有挑戰性基質的樣品，提供能夠滿足化學企業的高難度要求的最佳性能。 Sievers 分析儀團隊還提供強大的服務與合作計劃，確保延長工廠的生產時間，並最大程度地減少儀器的維護需求。
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| Sievers® InnovOx 線上 TOC 分析儀，採用超臨界水氧化法，檢測範圍：50 ppb-50000 ppm | Sievers® TOC-R3 線上 TOC/TN/VOC 分析儀，採用高溫燃燒法 (無催化劑)，TOC檢測範圍：0-50000 ppm |
此解決方案能夠檢測大量的懸浮固體、鹽類、不同 pH 值的廢水、以及各種有機污染物。工廠透過乙太網路連接來監測 TOC 數據和分析儀的運作狀況。分析儀配備了簡單的廢水取樣器，可以透過被動逆流過濾來去除大顆粒物，防止取樣管被堵塞。整套解決方案為工廠提供精準的監測數據，具有極佳的可靠性。
圖1：廢水處理與製程監測概覽圖
工廠需要對廢水處理流程的各個關鍵點進行監測，以檢查廢水處理性能和排放水的水質。監測點包括：廢水進水池、分流池、均質池、出水池 1 和出水池 2，這些地方的 TOC 範圍從 5 ppm 至 2500 ppm 不等。
工廠用「TOC 到 COD」轉換模型來計算 COD 值，用相關係數在 TOC 分析儀上報告 COD 值。工廠將計算結果用於製程邏輯決策，以及評估處理後的廢水是否達到排放標準。圖1 為廢水處理和製程監測流程圖，此方案能夠應對流進廢水的複雜多變性，並確保流出廢水符合排放標準。
工廠用結果數據和建立的 COD : TOC 相關性來追蹤監控廢水處理和排放。指示性參數為工廠提供穩定可靠的數據，成為製程決策的依據。
工廠先對廢水進行生物處理，然後進行氯化以將現有的氨變成氯胺，最後進行脫氯以去除氮，此流程改進了廢水處理過程。工廠也進行碳吸收來進一步去除殘留的污染物，最後將流出廢水的污染降至 5 ppm 左右。
均化池和分流池對於製程管理至關重要，這是因為流進的廢水會在生產週期之間變化。流進廢水的流量和污染度會因化學品生產輪班、冷卻水排污、過濾器反沖洗、使用機器以及其它許多因素而異。為了確保廢水處理效率，生物處理床必須健康穩定，可以透過調整來確保微生物的健康狀況。在進行生物處理之前，可以先對分流池進行計量，然後將分流池的水與均化池的水混合。除了用 TOC 法來測量碳含量之外，工廠還用 ATP (三磷酸腺苷) 測試來評估細菌的健康狀況。所有得到的參數幫助工廠直接掌握正確的「食物對微生物的比例 (F:M，Food to Microorganism)」，從而實現製程優化。
結論
一家工業製造商改進廢水處理工藝，並進行即時製程監測，從而提高了廢水排放合規性，並對製程有了深入了解。決定排放合規性的主要因素是工業生產過程和冷卻水排污過程中產生的有機物，因此 COD 被用作重要的合規性標準。然而 COD 是難以即時獲得的參數，因為每次 COD 測量都需要 2-3 小時才能完成，並且需要使用危險化學品。而監測 TOC 並為監測點建立「TOC 到 COD」的相關性，能讓製程監測和廢水處理決策變得簡單。工廠的操作人員使用 Sievers 在線 TOC 分析儀以及 Sievers 應用服務工程師提供的技術支持，能夠自信地做出正確的製程決策。
