總有機碳 (TOC) 監測是業界了解其用水或廢水品質的重要工具。它有助於確定水中存在的有機物質的量，並且有多種用途。 TOC 監測也使不同行業在多方受益，包括提高安全性和加強環境保護，節省成本以及更好地遵守相關法規。但是，TOC 監測也可能帶來技術實施和成本等方面的挑戰，這取決於應用的複雜性以及所採用的儀表是否適用。
什麼是 BOD、COD 和 TOC？
檢測有機物含量採用最傳統的分析技術是生物需氧量 (BOD)。隨著技術的發展，法規允許採用其它方法來分析有機污染，如化學需氧量 (COD) 和總有機碳 (TOC)。儘管 BOD 和 COD 已廣泛使用，但 TOC 已成為越來越廣泛接受的替代方法。
BOD 是確定廢水有機污染的最常見的參數之一。此方法依靠微生物透過消耗樣品中的氧氣來分解有機物。如果水樣本中有機物含量高，會導致溶氧消耗量增加。透過測量在 20℃ 溫度條件下培養五天所消耗的氧氣量，BOD 試驗可以間接指示有機污染。
化學需氧量 (COD) 是用於確定廢水有機污染程度的另一種方法。本試驗採用化學氧化來分解水中的污染物，然後測量在該分解過程中消耗的氧氣。如果氧氣消耗量增加，這表示品中有機物含量增加。 2-3 小時的分析時間少於 BOD 所需的時間，但需使用有毒試劑。
多年來的技術進步引入了總有機碳 (TOC) 分析儀，用於直接、快速檢測水中有機物含量。與透過需氧量來確定有機物含量的 BOD 或 COD 不同，TOC 分析儀是直接檢測和定量分析樣品中的碳。 TOC 分析儀將有機物氧化成CO₂，然後透過電導率或非色散紅外線檢測 (NDIR) 來測量 CO₂。樣品氧化所採用的不同方法包括紫外線過硫酸鹽、燃燒和超臨界水氧化 (SCWO)。 TOC 可透過特定相關性轉換為 BOD 和 COD。但是，在排放法規中，也有用 TOC 取代 BOD/COD 的趨勢。
挑戰與 TOC 解決方案
對於產業而言，總有機碳 (TOC) 監測對於確保其產品和製程安全至關重要，同時，也有助於檢測樣品中有機化合物的量。
在 TOC 監測方面，如果產業無法將其應用需求與合適的 TOC 技術相匹配，將面臨許多挑戰。造成這種情況的原因有很多，包括取樣技術欠缺，難以檢測低濃度有機化合物以及分析方法不可靠。儀器商已經開發了不同的 TOC 解決方案來應對這些問題，從而降低了 TOC 監測的複雜性和成本，如下兩個實例所示。
電力行業
- 挑戰：煤氣化裝置要求在現場的水處理能力約為 5,000 – 6,000 GPM，目標是零製程水排放。由於該裝置採用的是再生市政水，因此其蒸氣和冷凝水的來源中有機物含量高。因此，必須監測逆滲透 (RO) 薄膜上的有機物負載量，以便對處理流程進行調整併保護寶貴的資產。
- 解決方案：最初，在實驗室進行 TOC 分析，後來採用線上 TOC 分析，以監測 RO 預處理性能並驗證其可靠性。即時監測能夠可靠且有效地調整預處理混凝劑的投加量。
食品飲料業
- 挑戰：對於大型無菌生產企業，如果出現非無菌產品，會重複造成產品損失。他們一直在使用 ATP 檢測拭子來檢測微生物污染。但是，品質問題和產品損失則表明他們需要一種新技術。為了驗證設備的清潔度並確保品質和安全，他們必須確保在開始滅菌之前完全清除污染物和殘餘產物。除改進其清洗驗證流程外，生產企業還希望降低用水量和成本。
- 解決方案：食品飲料生產公司需採用以 turbo 模式運作的 Sievers® M9 TOC 分析儀來進行 TOC 分析－每 4 秒鐘提供一個資料點，以對原位清洗 (CIP) 後的沖洗樣品進行監測。在審核過程中，證明這些資料對設施在 CIP 效果和設備清潔度方面很有價值。透過目視檢查確認設備很髒，但透過 ATP 檢測拭子檢查發現設備乾淨，但事實上並非如此。來自 TOC 監測的定量和全面的數據能夠進一步減少不必要的 CIP 次數，並針對不同產品進行最佳化，從而節約用水並改進清洗過程。
碳監測
透過 TOC 分析進行碳監測是一種重要且有用的方法，可以在水通過工業設施時對水質進行檢測。透過偵測可能出現的任何製程中斷，防止導致停機並造成高昂維護費用，這也是一個保護寶貴設備資產的好方法。
碳監測在以下方面很有用：
- 資產保護
- 製程最佳化
- 品質管制
- 滿足法規要求
源水水質
源水污染程度會發生很大變化。水質可能受到季節變化、暴風雨徑流和當地火災等多種因素的影響，這些因素可能會造成源水被有機物污染。
你的源水告訴了你哪些資訊？透過對源水直接進行碳監測，以：
- 監測基線 — 確定源水的正常 TOC 水準。
- 識別發生的變化 — 市政是否改變了工廠水源？是否有暴風雨或天氣事件改變了進入裝置的源水的品質？
- 採取矯正措施 — 採用即時、直接的碳資料來調整水處理流程。確保處理裝置正常運行，並調整流量以確保按照足夠的比例脫除。
公用工程用水水質
工業設施經常需要熱量來推動化學反應或製程原料。在許多工業裝置中，使用公用工程用水來產生熱量或方便熱交換。
熱量的產生通常透過鍋爐給水和冷凝水返回來實現。超純水在鍋爐中加熱，然後轉化為蒸汽。
你的公用工程用水告訴了你哪些資訊？透過對公用工程用水直接進行碳監測，以：
- 監測基準 — 確定鍋爐給水的最佳 TOC 含量，以滿足設備保護的品質要求。確定正常的冷凝水水平。
- 識別變化 — 快速偵測因處理低效率或水源變化而導致的鍋爐給水變化。無論是冷卻液本身還是其它製程流體，能夠快速發現冷凝水洩漏。
- 採取糾正措施 — 調整處理以確保鍋爐給水的質量，如果被污染，則將冷凝水轉移到廢水收集設施或實施停車以防止污染影響產品或設備。
廢水處理工藝
碳監測可以以多種途徑用於廢水處理，包括監測處理設施的廢水負荷、生物處理效率或最終排放品質是否符合。
你的廢水告訴了你哪些資訊？將廢水直接進行碳監測，以：
- 監測基準 — 定量分析原始廢水中的碳負載量，以了解系統真正的養分負載量。
- 識別變化 — 檢測可能影響處理的任何變化傾向或較大波動。
- 採取矯正措施 — 調整投加量、停留時間或進行分流，以優化處理並實現廢水排放標準中規定的品質目標。
對工業用水實施直接碳監測可使許多不同產業受益匪淺。 TOC 是控制產品品質、優化製程、保護逆滲透膜和鍋爐等資產以及確保滿足法規要求的絕佳工具。 TOC 能夠為決策提供快速、準確的數據，並正在寫入世界各地更多的監管指南中。透過採用有機物監測，世界上許多不同的行業都在有效監測用水和廢水的品質。
