03. 怎麼跟踪碳含量？ 如何使用 TOC 分析跟踪整個裝置的碳含量
05. 公用工程水的應用：從化學反應到節水，如何檢測冷凝水洩漏的重要性？
「從河流到河流」的閉環解決方案的最後一步是廢水在返回環境之前由工業裝置或廢水處理廠進行處理。以同樣的方式，您可以跟踪碳含量以了解您水在整個工廠中的情況，您也可以在廢水處理工藝過程中跟踪它，從受污染的進水到最終的淨化排放。
以下是廢水處理中使用碳監測的各種方法：
- 監測廢水處理負荷
- 監測生物處理效率
- 監控最終排放質量是否合規
您的廢水能告訴您哪些信息？對廢水直接進行碳含量監測：
- 監測基準值：定量分析原始廢水中的碳含量，以了解系統的真實進料負荷。
- 識別變化：檢測任何可能影響廢水處理的變化或大的波動。
- 採取糾正措施：調整化學品投藥劑量、保留或轉移廢水，以優化處理並實現排放達標的質量目標。
為什麼要跟踪廢水處理廠的碳排放？讓我們更仔細地看看碳監測在廢水處理廠中的各種用途。
監測進水對您工廠的好處
工廠常常有不同的廢水負荷，這取決於工藝或所處理的材料。通常情況下，進行批次處理的工廠在有機物負荷方面會有很大的波動。使用 TOC 分析作為有機物負荷的真正衡量標準，使工廠能夠確定這種變化何時發生以及發生的程度，因此他們可以採取積極措施，確保正確的生物處理。他們還可以利用這些信息來調整化學處理的適當劑量，最終確保工廠滿足其排放要求。這些數據還可以用來識別工廠中發生的所有變化或波動，並在上游尋求補救措施。當工廠主要生產有機物產品時，廢水處理中的有機物負荷可能會對處理系統帶來麻煩，無法有效降低 BOD 或 COD。圖2 說明了進水中有機物的變化以及對廢水處理進行調節如何影響排放的常見情況。通過監測輸入和輸出，工廠可進行必要的處理工藝變更，確定需要改進的地方或處理工藝的短板。圖2 中的 4 與 5 展示了根據 TOC 含量確定風險，並需要採取直接行動的情況。
| 情況 | 有機物輸入 | 處理工藝變更 | 有機物排放 | 狀態 | 需要採取的行動 |
| 1 | TOC 水平在正常範圍內 | 無變化 | 正常範圍 | 正常運行 | 無 |
| 2 | TOC 水平增加 | 調整處理工藝 (添加額外化學品) | 正常範圍 | 正常運行 | 無 |
| 3 | TOC 水平增加 | 調整處理工藝 (減少化學品) | 正常範圍 | 正常運行 | 無 |
| 4 | TOC 水平在正常範圍內 | 無變化 | 增加—風險 | 化學品損失 | 驗證/補充 |
| 5 | TOC 水平增加 | 調整處理工藝 | 增加—風險 | 基體變化 | 驗證 |
圖 2. 有機物排放變化與根據 TOC 水平採取的措施
生物處理
生物處理是許多常見廢水處理工藝的二級處理步驟，了解進入的碳負荷對於優化該工藝至關重要。高含量的碳會壓垮微生物，導致無法完全清除污染物以及無效處理。相反，廢水中持續的低碳含量會使微生物餓死，而更換微生物的成本可能非常高。此外，營養平衡 (碳 : 氮 : 磷的比例) 對於正確的生物處理和有效的污染物去除至關重要。
食物與微生物比 (F:M) 參數旨在通過保持最佳比例來確保微生物的健康 (圖3)。此參數中的“食物”通常是碳，一般通過 BOD5 檢測。 BOD5 測試需要五天時間，速度太慢，無法幫助進行工藝控制決策。當碳水平被確定為失衡時，實際上它們已經失衡好幾天，微生物也已受到影響。此外，由於該測試依賴於細菌生長，因此存在精度和乾擾問題。 COD 也是經常使用的指標，但也存在干擾和有毒化學物的問題。 TOC 提供快速、準確和精確的測量，可以在沒有乾擾的情況下獲得。與通過耗氧量間接推斷碳含量的 BOD5 和 COD 不同，TOC 提供直接的碳含量數據。微生物通常以混合液懸浮固體 (MLSS，Mixed Liquor Suspended Solids) 的形式進行檢測，但最新的研究表明，ATP 可提供和定量分析實際的活性生物量，與 TOC 一起將 F:M 比率從一個理論值變為一個實際運行參數。
圖 3. F:M 比率中的食物去除效率
最終排放
TOC 分析可以作為廢水最終排放回環境的有用參數。一般要求工廠達到特定含量水平以遵守排放許可。不符合此標準可能導致高額罰款。這些許可要求通常依賴於 BOD 的測量，但需要 5 天檢測時間，速度太慢。到工廠發現排放不合規時，實際已經過去好幾天。對最終排放進行 TOC 分析是確認廢水處理廠運行最佳、返回環境的水沒有受到污染的有用方法。很多 TOC 分析儀能夠在給定基於工廠的相關因子的情況下報告 BOD 或 COD 值。
案例分析：生物處理 —— 飲料行業應用
一家大型裝瓶公司正努力應對多變的進水，因處理工藝無法跟上，導致不合格的排放超過了許可限制。糖負荷和工廠流量的重大波動意味著他們的有機物波動很大。然而，他們以前的 COD 測量需要 3 個小時才能得到結果，無法為工藝調整提供足夠的數據。該廠被迫對處理工藝進行變更，以便轉移和儲存高濃度有機廢水。這樣可以在低流量條件下對這種高濃度的進水進行控制性計量。最終，膜生物反應器 (MBR) 滿足了對清潔出水和小面積的要求。監測 MBR 的碳負荷為以調整適當的營養平衡，保持健康的微生物，從而有效去除有機物提供了必要的信息。有效消除了超標排放罰款，減少了化學品使用，降低了廢水運輸費用。
| 挑戰 | 一家飲料裝瓶廠的廢水處理有機物負荷變化很大，含糖天數高，流量隨時間變化而變化。由於在 MBR 之前的平衡罐容量有限，裝瓶廠需要一種快速的方法來監測營養物質并快速平衡 C : N : P 比率以確保健康的微生物。 |
| 解決方案 | 該廠沒有使用工廠每天最多可以檢測 6 次的 COD，而是部署了 TOC 分析，並開發了基於工廠的特定相關性。現在，TOC 用於實時在線監測，以控制向 EQ 池投加的氨，並在 MBR 進料前平衡營養物質。然後在出水口監測 TOC，以確保符合環境排放標準。從而提高了 COD 去除率。 |
