威立雅Sievers分析儀
TOC分析：飲用水處理廠達標的最佳工具
檢測樣品：飲用水
檢測項目：TOC
方案概述：總有機碳（TOC，TotalOrganicCarbon）與消毒副產物（DBP，DisinfectionByproducts）有一定的關聯，因此TOC分析已成為飲用水處理廠的重要的水質分析工具。TOC分析在飲用水處理廠中有廣泛的應用，大中小型水廠都可以在實驗室中測量TOC，或在水處理過程中在線測量TOC。
總有機碳（TOC，Total Organic Carbon）與消毒副產物（DBP，Disinfection Byproducts）有一定的關聯，因此TOC分析已成為飲用水處理廠的重要的水質分析工具。TOC本身無害，但當它與消毒劑反應時，會產生有害副產物。但是，TOC分析應用于飲用水處理，不僅是為了達到DBP限制標準或滿足TOC監測要求，TOC也是優化飲用水處理工藝從而降低工藝成本的重要參數，還是水源和配水系統中水質的健康和安全指標。TOC分析在飲用水處理廠中有廣泛的應用，大中小型水廠都可以在實驗室中測量TOC，或在水處理過程中在線測量TOC。
規則達標-消毒副產物
美國環保局（USEPA,United States Environmental Protection Agency）的“安全飲用水法案（Safe Drinking Water Act）”等法規致力于平衡微生物病原體的危害和用于殺滅微生物病原體的消毒劑產生的副產物所帶來的風險。消毒副產物DBP是由飲用水處理廠的水源中天然存在的有機物質（NOM，Naturally Occurring Organic Matter）在消毒過程中同消毒劑反應而產生的。TOC被認為可以用來確定水中NOM含量的參數。當水通過水廠的配水系統時，就會不斷產生鹵代乙酸（HAA，Haloacetic Acids）等DBP。而包括氯仿在內的等另一類DBP三鹵甲烷（THM，Trihalomethanes），是由天然含有溴和氯的TOC相互反應而產生（見圖1）。
圖1：由TOC、溴化物、氯形成的THM
EPA認為，TOC是DBP的前體，可以在實驗室或在線進行監測，以預測配水系統中的DBP含量。在飲用水處理過程中，應去除大部分的TOC以降低DBP含量。去除TOC的方法很多，包括凝結法、顆粒活性炭（GAC，Granular Activated Carbon）過濾法、陰離子交換法等。
降低成本-優化處理
如今，飲用水處理廠面臨巨大的壓力，不僅需要滿足日益嚴格的水質要求，還要削減生產成本。許多水廠采用TOC監測法和工藝優化來生產高品質水，同時大幅降低各個處理工藝的成本。
凝結
凝結是去除TOC的主要處理過程之一。凝結之后通常是絮凝沉淀和澄清，這三種預處理過程合在一起稱為常規處理。美國的常規處理設施必須根據源水的堿度和TOC濃度達到一定的TOC去除率。常用的凝結劑是硫酸鋁（即明礬）、氯化鐵、硫酸鐵、聚氯化鋁（PACl）。在選擇凝結劑及其用量時，除了應考慮要求達到的水質外，還應考慮其它因素，如pH值、堿度、溫度、沉淀物產生量等。可以通過燒杯試驗、試點試驗、或全面優化來測試凝結方案的效率，但上述測試必須包括TOC和濁度，才能有效評估方案成功與否。
活性炭
活性炭是由木頭、泥炭、煤炭、椰子殼等制成的加工碳。活性炭非常多孔，有很大的單位表面積來吸附溶解的有機物、有味道或氣味的化合物、以及某些消毒副產物。飲用水處理廠最常使用顆粒或粉末狀活性炭。
粉末活性炭（PAC，Powder Activated Carbon）
PAC是粉末狀活性炭，有極細小的顆粒，用于季節性或短期性目的。可以批量購買PAC，通常將PAC直接加到水處理流程中。PAC的入口通常是原水取水口、快速混合池、澄清池。通常在凝結和絮凝之前將PAC加入水中，然后同沉淀物一起清除掉。PAC主要用于解決味道和氣味問題，或作為助凝劑為形成凝結提供依附核。在使用PAC去除TOC時，首先必須知道單位PAC能夠去除多少TOC，這樣才能優化PAC添加工藝。
顆粒活性炭（GAC，Granular Activated Carbon）
與PAC相比，GAC的顆粒較大，因此有較小的單位表面積。GAC通常用于代替過濾器中的沙子或無煙煤，是解決水質問題的長期方法。GAC的吸附效率隨著時間的推移而降低，最終需要更換或恢復活性。為了確保GAC過濾器有效去除原水中的污染物以達到水質要求，經常需要進行水質監測（如TOC分析）。在用GAC去除溶解的有機物時，如果出現TOC峰值，則表示需要更換或再生活性炭。
離子交換
離子交換是指用專用的樹脂通過吸附作用從水中去除帶電的污染物顆粒。離子交換通常用于去除無機物，但如今開發出了專門用于去除有機物（如腐殖酸）的陰離子樹脂。當水通過陰離子樹脂時，樹脂表面上的帶電離子同帶電的污染物發生交換。通常用鹽水（氯化鈉）來再生離子交換樹脂。無論采用哪種優化處理方法或測試優化的技術，成功的關鍵都在于使用正確的分析工具。圖2顯示了TOC分析可用于常規水處理廠的許多水點。
緊縮您的工藝–消毒技術
當水中的鐵或錳的含量較高時，消毒劑的消耗就會高。TOC也是一種消耗消毒劑的物質。在水處理過程中，TOC的去除率越小，消毒劑的用量就越大，所需費用也就越多。實際上，消毒劑是TOC等物質的氧化劑，TOC能夠消耗本應用于消毒的消毒劑，因此在設計消毒工藝時應考慮水中的TOC含量。許多水廠為了避免產生較多的DBP，用氯胺替代氯。這樣一來就能減少THM和HAA的產生，卻又可能產生其它尚未規定的DBP。人們已知氯胺能形成多種非鹵化DBP，如碘酸和亞硝胺。碘酸是毒性強的DBP之一，能損傷DNA。而N-亞硝基2甲胺（NDMA）等亞硝胺的致癌性比THM還要高很多倍。此外，TOC在氯胺化的過程中起關鍵作用。當水廠在加氯的下游添加氨時（這是常見的消毒做法），如果水中的TOC含量不穩定，就會發生硝化。TOC是一種能消耗氯的物質，因此會改變氯與氨的比例。如果水中的氨過量，就會導致硝化。
保護公共安全配水系統安全監測
USEPA發布了“水安全倡議：污染預警系統規劃臨時指南（Water Security Initiative:Interim Guidance on Planning for Contamination Warning System Deployment）”，以幫助飲用水處理廠提高檢測有意或無意的配水系統污染的能力。USEPA過渡指南（USEPA’s Interim Guidance）將TOC、氯、電導率定為檢測污染物的三項最重要指標。為了確保公共飲用水的安全，操作人員需要一種能夠監測配水系統中TOC變化而又無需用戶過多干預的工具。
測量差異環境變化對地表水的影響
飲用水中的TOC主要來自自然界中腐敗的植物（包括水中的藻類、沉淀物、顆粒等）。水源中的TOC含量因地區而異。
結論
TOC分析是一種操作工具，有廣泛的應用。人們普遍認為TOC分析能夠幫助水廠達到DBP法規要求，還有助于優化工藝、節約成本。除了以上兩個應用之外，TOC分析還用于監測水源和配水系統的水質，并較大程度地優化消毒工藝。為了充分用好TOC分析這個重要工具，必須選用使用便捷的分析儀，該分析儀無需用戶過多干預，且具有成熟可靠的技術（例如Sievers*TOC分析儀）。Sievers TOC分析儀不用外部試劑，無需載氣，有12個月的校準穩定性，目前在全球數百個城市中廣泛使用。Sievers TOC分析儀有在線型、實驗室型、便攜式三種配置，可用于任何水應用場合。Sievers TOC分析儀的操作員能夠靈活選擇在線運行或簡單吸樣檢測，從而確保達到理想的TOC去除率和DBP控制，并節省成本。
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