概要
廢水氾指使用過的水，其中會包含有人類排泄物、食品廢渣、油污、肥皂和化學物等。所有製造業及市政廢水廠都必須符合國家及當地地區的相關規定，以美國為例，美國國家環保署 (USEPA) 頒布清潔水法 CWA (Clean Water Act)。
為了確保排放的污水符合 CWA 法案，企業必須具備由 EPA 或 EPA 授權代理審核批文的國家污水排放控制系統 NPDES (National Pollutant Discharge Elimination System)。只有企業能確保每天排放的污染物低於 CWA 設定的最低限值，才有可能取得此批文。限值依當地權威單位的規定，或經處理廢水所排入的支流情況而互不相同。
要使成本最小化，必須對廢水處理過程最優化。為幫助實現最佳化，許多工廠使用總有機碳 (TOC) 監測來確保水質，同時顯著降低費用。
處理過程
廢水處理廠的處理過程必須同時滿足國家及當地地區的規章制度。在生產過程或廢水處理廠中，一旦淨水補給時的水被污染或不處理就被排放，會對人體健康或環境造成不良影響。
水處理的最終目的在於確保排放的水質中污染物的含量符合規定，或廢水能被處理成可回收的水質。此時的處理及淨化過程同時包含物理和化學處理。
淨化水的第一步是去除可疑的固體雜質，第二步是化學處理以確保危險化學成本或細菌最小程度地排放到環境中。
如果處理的過程未被適當地控制住，可能會對公司造成一定的影響。未被正確處理的水會對其接觸物料產生損傷，例如輸送管道或儲水罐。未被有效處理的水也可能造成工廠的停產，廢水水流的導流，或再返工處理。這些後果都會帶來不必要且昂貴的費用。
為什麼要使用 TOC 來優化處理過程？
對於廢水流或負載水在源頭就開始進行 TOC 檢測，可以作為基準讀數，這樣水處理廠就知道處理前原始的有機物含量。確定水中大致的總有機碳含量，可以計算出需要多少量的化學藥劑及過濾過程來處理。被排出的水或處理後的淨水再次進行 TOC 檢測，透過對排出水的監控，處理工廠可以知道化學給藥否有效。處理工廠還可以漸漸地減少或調整化學藥劑的使用，即時比較其對出水品質的影響。
EPA (美國國家環保署) 確定了五類污染物必須受到控制，包括耗氧性物質、病原體、營養物、無機物及合成有機化合物、熱量。所有這些污染物都會影響生態系統並對水質產生負面影響。這其中可以透過 TOC 監測的污染物是耗氧性物質。
過去，許多公司透過一個需要耗時 5 天的 BOD (生物需氧量) 測試或需要耗時 2 小時的 COD (化學需氧量) 來監控耗氧性物質。目前 TOC 設備的優勢及便利性漸漸體現，EPA 已允許使用 TOC 對耗氧性物質進行監控。 TOC 的分析過程只需幾分鐘即可完成，相比之前的幾個小時甚至幾天，速度有很大的提升。 EPA 40 CFR，取樣及測試程序，133.104 章節中提到「可以用 TOC 方法取代 BOD5，只要 BOD : COD 或 BOD : TOC 的長期關聯性能被證實。」¹ 當需要快速確定廢水流的組成時，TOC 的快速檢測時間就是很大的優勢。
一但 TOC 數值顯示排放水符合規定，立刻就能節省水處理成本。相反，如果由於未知的製程污染，最初測出的廢水 TOC 值開始上升，處理工廠可以立刻同步進行 TOC 分析，校正化學給藥量。這種「即時」糾正，能幫助終端客戶避免因排放不合格的廢水而造成違規及不必要的成本。
2009 年因違反 EPA2 制定的 CWA (Clean Water Act) 而遭受罰款的案例
- 馬薩諸塞州的某公司「因排放受污染的雨水，面臨高達 $157,500 的罰款處罰」。
- 阿拉斯加州的某公司「因被指控違反 CWA 法，最終與 USEPA 達成了 $30,600 的罰款處理」。
- 俄勒岡州的某公司位置在「聯邦 CWA 法案禁止建廠的濕地上，被勒令立即搬遷，否則將因違反 CWA 而面臨每天高達 $32,500 的民事罰款」。
- EPA 向某德州的公司頒布了一項行政訴訟和 $157,500 的民事罰款，「因為其違反了 CWA 法案」。
- 愛達荷州的某公司「同意支付 $47,700 的罰金，以解除其因違反 CWA 法案而受到的 USEPA 的指控」。
- 加州的某公司被罰「$15,000，因為向與附近小河相通的雨水道排放了受污水的雨道排放了受污水的雨水，違反了 CWA 法案」。
- 波多黎各某公司接到了「USEPA 的 $137,500 的罰款指控，並勒令他們立即停止頻繁的污水和工業廢水排放」。
真實案例
圖 1：廢水處理廠的流程示意圖
圖 1 顯示如何在整個水處理過程中多點使用 TOC 分析：
- 點 1：監控總有機碳 (TOC)，以深入了解澄清步驟，保護設備資產並管理您的進水有機負荷
- 點 2：監控 TOC，透過 TOC ∶ COD 相關性優化生物處理與控制製程
- 點 3：監控 TOC 以進行法規監測，符合排放標準並避免高額罰款
- 點 4：監控 TOC 以優化三級處理
- 點 5：監控 TOC 以符合回用標準
若在此流程中不使用 TOC 偵測控制，費用可能會很高且可能會導致因不合規而產生的違法費用。
Sievers® InnovOx 實驗室 TOC 分析儀使工廠可以監控他們的處理過程，確保他們的處理設施是合法合規的，同時還可以優化化學處理。優化包括避免廢水的處理不足或過度處理。若不考慮廢水在處理過程中的停留時間，能夠根據即時的情況對廢水進行化學給藥可以幫助企業最優化成本，最大化利潤。
Sievers InnovOx 實驗室/線上 TOC 分析儀
Sievers InnovOx 方法論
Sievers 分析儀在 TOC 分析方法上有了創新性的突破，為極為困難的樣本提供了穩定的分析儀。 InnovOx 使用了高效率的超臨界氧化 (SCWO) 技術，能夠連續檢測幾百個廢水樣品而無需校準、無需系統維護並不需要更換備件。
Sievers InnovOx 的運作原理是基於化學濕式氧化技術，透過在樣品中加入酸劑及氧化劑進行氧化。無機碳透過吹掃被去除，樣品在高溫下透過過硫酸鹽被氧化，生成的二氧化碳透過非色散紅外光度計進行測定。
InnovOx 會提高樣品的溫度，並加入試劑確保充分氧化，並將液體水樣轉換成超臨界水。一旦進入此狀態，超臨界水氧化 (SCWO) 現象就會發生。
這項創新技術可以使氧化效率達到 99%，因此檢測精確度和準確度極高。
Sievers InnovOx 還能在每個檢測結束後自動清除有問題的樣品基體污染。因此，在儀器內部例如反應器、管路或閥門內都不會有鹽分或氧化副產物的累積問題。
結論
InnovOx TOC 實驗室及線上分析儀能夠對廢水進行非常準確、精確且快速的檢測。若水廠能夠在處理之前和之後都對水質有清晰了解，那麼優勢就是，能夠提高處理效率並最小化風險，最重要的還在於保證合規。對分析儀器的投資能夠很快在處理過程優化中回收成本，也降低了違反規範的風險。
參考文獻
EPA, CFR 40 Section 133.104 Sampling and Test Procedures, pg. 548, 7-1-07 Edition.EPA， 40 CFR，133.104章，取樣及檢測規程，548頁，7-1-07版
Environmental Protection Agency. www.EPA.org (accessed March 2009). 環保署，www.EPA.org (2009年3月)
