為了保護(hù)水質(zhì),世界各地的政府和國(guó)際組織繼續(xù)實(shí)施保護(hù)性水法規(guī),要求新的工業(yè)用水管理技術(shù)來(lái)滿足這些法規(guī)。這些法規(guī)旨在通過(guò)在可能的情況下最大限度地提高工業(yè)再利用并確保從加工和制造工廠排放的工業(yè)廢水符合旨在保護(hù)地表和地下水資源(包括海洋和海洋生物)的嚴(yán)格監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)來(lái)減少過(guò)度消耗。
隨著水法規(guī)和新工業(yè)節(jié)水技術(shù)的最新時(shí)代的發(fā)展,監(jiān)測(cè)總有機(jī)碳(TOC)的需求變得更加明顯和關(guān)鍵。雖然TOC水分析是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù),但它高度準(zhǔn)確、可靠且具有成本效益,這使其成為確定水質(zhì)量和清潔度的最經(jīng)濟(jì)、最快速的解決方案之一。 一、什么是總有機(jī)碳(TOC)? TOC是水體內(nèi)有機(jī)污染物的數(shù)量。由于TOC可以來(lái)自任何有機(jī)物,例如天然有機(jī)物(NOM)、石油、脂肪、酒精、糖、蛋白質(zhì)和許多其他來(lái)源的腐爛,因此監(jiān)測(cè)TOC的需求有助于廣泛的行業(yè),包括石化和發(fā)電行業(yè)。 無(wú)論水的純度如何,所有的水都含有一些碳。有機(jī)碳可以形成鏈狀分子的多種組合。出于這個(gè)原因,除非最終用戶專門尋找它,否則很難確定特定的化合物。 另一方面,TOC是化合物中所有有機(jī)碳的總和。它是通過(guò)從總碳(TC)中減去總無(wú)機(jī)碳得出的。TOC分析中還包括可吹掃有機(jī)碳(POC)、溶解有機(jī)碳(DOC)和不可吹掃有機(jī)碳(NPOC)的測(cè)量。 工業(yè)用水和廢水應(yīng)用 水是各種加工和制造行業(yè)的重要組成部分,包括:汽車、化工、電子、食品/飲料、石油/天然氣、金屬/采礦、制藥、發(fā)電、紙漿/造紙和鋼鐵等等。 水執(zhí)行多種工業(yè)任務(wù),包括作為冷卻、烹飪、加熱、漂洗、洗滌、蒸煮、消毒等的基本成分。 在石化和發(fā)電廠中,工廠工程師應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的TOC測(cè)量,包括: 進(jìn)廠水質(zhì); 鍋爐補(bǔ)給水; 蒸發(fā)冷卻水; 雨水徑流; 工廠用水再利用; 污水排放監(jiān)測(cè)。 二、市政水和廢水應(yīng)用 與工業(yè)水和廢水類似,市政水和廢水處理廠中的TOC測(cè)量也適用于廣泛的應(yīng)用測(cè)量任務(wù),包括: 地表水供應(yīng)監(jiān)測(cè); 地下水供應(yīng)監(jiān)測(cè); 飲用水消毒; 成品水監(jiān)測(cè); 飲用水儲(chǔ)存; 污水處理廠; 下水道系統(tǒng)雨水。 三、比較TOC與BOD和COD測(cè)量 歷史上,生化需氧量(BOD)和化學(xué)需氧量(COD)已被用于測(cè)量處理廠進(jìn)水的負(fù)荷并設(shè)置出水的限值。然而,這些方法產(chǎn)生結(jié)果的速度較慢,并且在COD的情況下,它們使用危險(xiǎn)化學(xué)品。 與COD和BOD一樣,TOC是一個(gè)總和參數(shù),它測(cè)量作為有機(jī)分子存在的碳量,無(wú)論其來(lái)源如何。使用在線TOC分析儀對(duì)進(jìn)水進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè),使工廠操作員和管理人員能夠保護(hù)他們的工廠免于過(guò)載,這有助于優(yōu)化其容量和性能。 只要被測(cè)樣品的成分保持相似,TOC結(jié)果就可以與BOD和COD相關(guān)聯(lián)。當(dāng)TOC用于監(jiān)測(cè)流出物時(shí),它提供了對(duì)流出物是否在排放限值內(nèi)的持續(xù)監(jiān)視。 工業(yè)冷卻水提取過(guò)程還使用TOC測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)返回環(huán)境的廢水。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,從自然環(huán)境中提取的冷卻水占全國(guó)取水量的50%以上。 大部分冷卻水用于發(fā)電廠,為家庭和工業(yè)消費(fèi)提供電力。石化精煉和其他工業(yè)加工廠中的許多工業(yè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生大量熱量。 依靠水的冷卻塔或熱交換器用于散發(fā)通過(guò)蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生的熱量。這些工廠系統(tǒng)需要充足的清潔水供應(yīng)才能有效運(yùn)行并減少設(shè)備維護(hù)周期。 對(duì)地表水進(jìn)水口和出水口的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)可以確保滿足法律要求并避免代價(jià)高昂的罰款。在這種情況下,TOC是一個(gè)可用作水質(zhì)主要指標(biāo)的參數(shù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)TOC,可以快速識(shí)別污染事件,并將警報(bào)發(fā)送到控制室,在那里可以迅速采取糾正措施。 四、確定TOC的方法 有多種方法可以確定TOC。測(cè)量TOC所需的兩個(gè)主要組件是將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)和檢測(cè)CO2的方法。 最常用的三種主要氧化方法是:化學(xué)試劑、高溫燃燒和光催化。所有三種方法都提供了可接受的結(jié)果。 化學(xué)試劑方法被稱為過(guò)硫酸鹽或非分散紅外(NDIR)傳感器過(guò)程,它可以通過(guò)紫外線(UV)光和輻射激活的過(guò)硫酸鹽氧化來(lái)完成,也可以通過(guò)稱為加熱過(guò)硫酸鹽氧化的替代過(guò)程來(lái)完成。 第二種測(cè)定TOC的方法稱為高溫燃燒(催化)過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)在高溫爐中用鈷或鉑催化劑加熱樣品來(lái)測(cè)量TOC。 測(cè)定TOC的第三種方法是光催化或紫外光。紫外線過(guò)程將碳氧化成二氧化碳?xì)怏w。有多家TOC分析儀制造商使用所有這三種測(cè)量方法。所有產(chǎn)品都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),具體取決于具體的應(yīng)用、儀器的位置等。 3S-TOC分析儀采用紫外線過(guò)硫酸鹽氧化法,該法使用其NDIR檢測(cè)器檢測(cè)生成的CO2進(jìn)行分析。該方法和分析儀符合美國(guó)EPA、DIN、CE、ASTM和NAMUR法規(guī)以及ISO制定的標(biāo)準(zhǔn)。 要使用這種類型的TOC分析儀,首先將水樣酸化,然后鼓泡以去除無(wú)機(jī)碳。剩余的液體與過(guò)硫酸鈉混合并由兩個(gè)高性能反應(yīng)器消化。然后從液體中汽提出產(chǎn)生的CO2,干燥后,其濃度由NDIR分析儀測(cè)量。分析儀測(cè)量的TOC范圍為0-5mg/L至20,000mg/L。 五、結(jié)論 TOC測(cè)量準(zhǔn)確、可靠且具有成本效益,適用于需要處理水和廢水流的各種工業(yè)和市政應(yīng)用。沒有需要特殊處理、員工培訓(xùn)和處置限制的刺激性化學(xué)品。由于這些原因,TOC分析儀可以比傳統(tǒng)的水質(zhì)測(cè)量技術(shù)節(jié)省成本。
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