总有机碳(TOC)的需求与发展

为了保护水质，世界各地的政府和国际组织继续实施保护性水法规，要求新的工业用水管理技术来满足这些法规。这些法规旨在通过在可能的情况下最大限度地提高工业再利用并确保从加工和制造工厂排放的工业废水符合旨在保护地表和地下水资源（包括海洋和海洋生物）的严格监管标准来减少过度消耗。

随着水法规和新工业节水技术的最新时代的发展，监测总有机碳(TOC)的需求变得更加明显和关键。虽然TOC水分析是一项相对较新的技术，但它高度准确、可靠且具有成本效益，这使其成为确定水质量和清洁度的最经济、最快速的解决方案之一。

一、什么是总有机碳(TOC)？

TOC是水体内有机污染物的数量。由于TOC可以来自任何有机物，例如天然有机物(NOM)、石油、脂肪、酒精、糖、蛋白质和许多其他来源的腐烂，因此监测TOC的需求有助于广泛的行业，包括石化和发电行业。

无论水的纯度如何，所有的水都含有一些碳。有机碳可以形成链状分子的多种组合。出于这个原因，除非最终用户专门寻找它，否则很难确定特定的化合物。

另一方面，TOC是化合物中所有有机碳的总和。它是通过从总碳(TC)中减去总无机碳得出的。TOC分析中还包括可吹扫有机碳(POC)、溶解有机碳(DOC)和不可吹扫有机碳(NPOC)的测量。

工业用水和废水应用

水是各种加工和制造行业的重要组成部分，包括：汽车、化工、电子、食品/饮料、石油/天然气、金属/采矿、制药、发电、纸浆/造纸和钢铁等等。

水执行多种工业任务，包括作为冷却、烹饪、加热、漂洗、洗涤、蒸煮、消毒等的基本成分。

在石化和发电厂中，工厂工程师应考虑以下几个方面的TOC测量，包括：

进厂水质；

锅炉补给水；

蒸发冷却水；

雨水径流；

工厂用水再利用；

污水排放监测。

二、市政水和废水应用

与工业水和废水类似，市政水和废水处理厂中的TOC测量也适用于广泛的应用测量任务，包括：

地表水供应监测；

地下水供应监测；

饮用水消毒；

成品水监测；

饮用水储存；

污水处理厂；

下水道系统雨水。

三、比较TOC与BOD和COD测量

历史上，生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)已被用于测量处理厂进水的负荷并设置出水的限值。然而，这些方法产生结果的速度较慢，并且在COD的情况下，它们使用危险化学品。

与COD和BOD一样，TOC是一个总和参数，它测量作为有机分子存在的碳量，无论其来源如何。使用在线TOC分析仪对进水进行持续监测，使工厂操作员和管理人员能够保护他们的工厂免于过载，这有助于优化其容量和性能。

只要被测样品的成分保持相似，TOC结果就可以与BOD和COD相关联。当TOC用于监测流出物时，它提供了对流出物是否在排放限值内的持续监视。

工业冷却水提取过程还使用TOC测量来监测返回环境的废水。在一些发达国家，从自然环境中提取的冷却水占全国取水量的50%以上。

大部分冷却水用于发电厂，为家庭和工业消费提供电力。石化精炼和其他工业加工厂中的许多工业过程也会产生大量热量。

依靠水的冷却塔或热交换器用于散发通过蒸发冷却产生的热量。这些工厂系统需要充足的清洁水供应才能有效运行并减少设备维护周期。

对地表水进水口和出水口的连续在线监测可以确保满足法律要求并避免代价高昂的罚款。在这种情况下，TOC是一个可用作水质主要指标的参数。通过监测TOC，可以快速识别污染事件，并将警报发送到控制室，在那里可以迅速采取纠正措施。

四、确定TOC的方法

有多种方法可以确定TOC。测量TOC所需的两个主要组件是将有机碳转化为二氧化碳(CO2)和检测CO2的方法。

最常用的三种主要氧化方法是：化学试剂、高温燃烧和光催化。所有三种方法都提供了可接受的结果。

化学试剂方法被称为过硫酸盐或非分散红外(NDIR)传感器过程，它可以通过紫外线(UV)光和辐射激活的过硫酸盐氧化来完成，也可以通过称为加热过硫酸盐氧化的替代过程来完成。

第二种测定TOC的方法称为高温燃烧（催化）过程。该过程通过在高温炉中用钴或铂催化剂加热样品来测量TOC。

测定TOC的第三种方法是光催化或紫外光。紫外线过程将碳氧化成二氧化碳气体。有多家TOC分析仪制造商使用所有这三种测量方法。所有产品都有其优点和缺点，具体取决于具体的应用、仪器的位置等。

3S-TOC分析仪采用紫外线过硫酸盐氧化法，该法使用其NDIR检测器检测生成的CO2进行分析。该方法和分析仪符合美国EPA、DIN、CE、ASTM和NAMUR法规以及ISO制定的标准。

要使用这种类型的TOC分析仪，首先将水样酸化，然后鼓泡以去除无机碳。剩余的液体与过硫酸钠混合并由两个高性能反应器消化。然后从液体中汽提出产生的CO2，干燥后，其浓度由NDIR分析仪测量。分析仪测量的TOC范围为0-5mg/L至20,000mg/L。

五、结论

TOC测量准确、可靠且具有成本效益，适用于需要处理水和废水流的各种工业和市政应用。没有需要特殊处理、员工培训和处置限制的刺激性化学品。由于这些原因，TOC分析仪可以比传统的水质测量技术节省成本。