在工業(yè)和環(huán)境過程監(jiān)測的水質(zhì)分析中，存在各種不同的應(yīng)用和挑戰(zhàn)——因為水不僅僅是水。水必須滿足的要求因應(yīng)用領(lǐng)域、成分和檢測數(shù)據(jù)的用途而異。例如，在半導(dǎo)體制造和芯片生產(chǎn)中，需要超純水并且必須不含污染物。而對于飲用水來說，需要一定量的溶解礦物質(zhì)，同時不得含有任何細(xì)菌或其他致病物質(zhì)。
這些與應(yīng)用有關(guān)的具體要求還對水處理和各工藝監(jiān)測產(chǎn)生影響。讓我們通過不同的有機污染監(jiān)測示例來仔細(xì)研究這些影響。
水體中有機成分的污染是一個重要的分析參數(shù)。有機化合物可能會破壞工藝過程，或在某些情況下，盡管有機物可以接受，但必須了解其濃度并定期監(jiān)測，以便正確控制工藝過程。
實驗室分析仍經(jīng)常使用化學(xué)需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）來確定有機污染的程度。但是，在線分析對于更精確地實時監(jiān)測工藝過程以及提高自動化程度來說，變得越來越重要。BOD分析需要5天時間，因此不能用于在線監(jiān)測。由于COD分析時間需要2-3小時，且使用高毒性試劑，COD分析也不適合。相反，多年來，總有機碳TOC檢測一直處于主導(dǎo)地位，用于快速監(jiān)測有機污染，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域。TOC也越來越多地應(yīng)用于環(huán)境分析領(lǐng)域。
與COD相比，TOC監(jiān)測的優(yōu)點是使用無毒試劑且檢測時間僅需幾分鐘。此外，取決于所選擇的檢測技術(shù)，TOC分析可以在更大的濃度范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，同時具有更高的精度。所有TOC分析儀的基本原理都是基于有機碳氧化形成二氧化碳。通過檢測CO2，可以直接測定TOC含量。
有多種不同方法來實現(xiàn)這一檢測目標(biāo)。以下示例展示了與在線TOC監(jiān)測要求相關(guān)的外部因素可能帶來的不同挑戰(zhàn)。通過采用正確的監(jiān)測技術(shù)，就可以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。
例1. 污水處理廠進(jìn)水
確定廢水處理廠進(jìn)水中的有機負(fù)荷對TOC分析儀提出了多項挑戰(zhàn)。一方面，污染程度可能差異很大。這種情況主要發(fā)生在工業(yè)應(yīng)用中，當(dāng)批量工藝過程中的廢水被排放或意外發(fā)生液體泄漏的時候。同時，這些有機物可能由難以分解的高度復(fù)雜的組分組成。此外，進(jìn)水中可能會出現(xiàn)較高濃度的未溶解顆粒和溶解的無機成分（例如鹽）。
此應(yīng)用對在線TOC分析儀的要求主要體現(xiàn)在穩(wěn)健性方面。合適的監(jiān)測儀表必須能檢測出大跨度濃度波動，其波動范圍可能在遠(yuǎn)低于100 ppm至高達(dá)數(shù)萬ppm之間。同樣，監(jiān)測儀表還必須足夠穩(wěn)健，以檢測更高濃度的溶解成分和顆粒成分。
后者很容易導(dǎo)致內(nèi)徑較小的設(shè)備內(nèi)部管道系統(tǒng)發(fā)生堵塞。此外，此類儀表在工藝過程中的安裝條件往往很苛刻，這就需要穩(wěn)健的設(shè)計。
然而，了解有機負(fù)荷是優(yōu)化后續(xù)清潔步驟的重要參數(shù)。在線TOC監(jiān)測可以確保在有機負(fù)荷發(fā)生偏差時，生物處理階段不會過載。過載會殺死分解有機物所需的細(xì)菌。在此情況下，由于適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測工具可以快速識別高有機負(fù)荷，因此可以將相應(yīng)部分的進(jìn)水有效地轉(zhuǎn)移到緩沖池并維持細(xì)菌的健康。在負(fù)荷較低時，可以將高度污染的水回流。同樣，在厭氧反應(yīng)器中，要注意確保進(jìn)水濃度盡可能恒定，以實現(xiàn)最佳的降解結(jié)果。反之，如果進(jìn)水有機負(fù)荷過低，可根據(jù)TOC檢測添加甲醇等有機物，使細(xì)菌有足夠的食物進(jìn)行高效降解。
例2. 污水處理廠排水
污水處理廠出TOC監(jiān)測主要用于檢查排水是否符合規(guī)定的排放限值。同時，它可以顯示污水處理廠內(nèi)的降解過程是否正常進(jìn)行。在這些情況下，可以避免因超過限值而產(chǎn)生的罰款，并實現(xiàn)監(jiān)管合規(guī)。
廢水在經(jīng)過處理后，出水TOC濃度值明顯低于進(jìn)水。然而，殘留的有機物通常是那些難以降解的物質(zhì)。必須對這些物質(zhì)進(jìn)行精確檢測，以便發(fā)現(xiàn)何時超過限值。因此，分析儀必須提供高度的可靠性，例如，捕獲所有有機碳并具有廣泛的自我監(jiān)測功能。自動驗證檢測或校準(zhǔn)應(yīng)確保檢測值始終正確。此外，可以使用自診斷功能來檢查設(shè)備的整體狀態(tài)，并依此開展預(yù)防性維護(hù)工作。這延長了分析儀的在線時間，并確保對限值進(jìn)行無縫監(jiān)測，以滿足法規(guī)要求。
例3. 冷凝水回用中的泄漏監(jiān)測
在工業(yè)應(yīng)用中，蒸汽是較常用的傳熱介質(zhì)。蒸汽發(fā)生用水必須滿足特殊要求，以避免在鍋爐和蒸汽階段出現(xiàn)問題。要求對水進(jìn)行預(yù)處理并添加水處理化學(xué)品。主要是抑制沉積物的形成和腐蝕。當(dāng)水蒸發(fā)時會殘留溶解的物質(zhì)，形成水垢，導(dǎo)致鍋爐中污泥積聚。但是，也會有蒸汽揮發(fā)性無機物和有機物進(jìn)入氣相并會積聚在管道和換熱器中。這不僅減小了蒸汽通過的路徑寬度，而且沉積物還降低了熱傳遞，從而導(dǎo)致能量損失。此外，由于會造成一定的溫度梯度，沉積物產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致微小開裂和泄漏。
腐蝕主要是由pH值過低引起。有機雜質(zhì)在這里起著主要作用，因為在鍋爐和蒸汽高溫條件下，許多有機物分解并形成有機酸。這降低了蒸汽中的pH值，并加劇腐蝕，直至形成泄漏。
除了預(yù)處理過程中去除不徹DI外，有機物主要通過小泄漏進(jìn)入蒸汽循環(huán)。由于鍋爐水的處理復(fù)雜且昂貴，通常大部分冷凝蒸汽被返回。如果有機物通過熱交換器中的小孔逸出到冷凝水中，它就會返回蒸汽循環(huán)。
由于大多數(shù)有機物在分解之前并非離子態(tài)，因此傳統(tǒng)的電導(dǎo)率測量無法檢測到它們，也無法做到準(zhǔn)確記錄。在這里，TOC提供了一個解決方案。
在此應(yīng)用中，TOC分析儀面臨的挑戰(zhàn)是快速響應(yīng)。與廢水相比，除檢測范圍更低外，檢測周期也很重要，因為檢測目標(biāo)是在被污染的冷凝水返回鍋爐給水前就應(yīng)該檢測到是否發(fā)生了泄漏，從而避免花費巨大財力來更換鍋爐給水。因此，更短的檢測周期幾乎可以無縫監(jiān)測冷凝水，從而在污染成為問題前及時采取糾正措施。
Sievers® TOC-R3是一款在線TOC分析儀，可滿足常見工業(yè)工藝監(jiān)測應(yīng)用面臨的上述挑戰(zhàn)。1200℃無催化劑高溫消解能夠在較寬的檢測范圍內(nèi)氧化復(fù)雜和顆粒有機碳。分析儀系統(tǒng)采用大內(nèi)徑管，可防止含顆粒的樣品造成堵塞，該設(shè)計專門針對工業(yè)應(yīng)用，使分析儀對環(huán)境條件不敏感。TOC-R3強大的自我監(jiān)測功能為預(yù)防性維護(hù)提供信息，并提供了泄漏檢測專門選項，可以非?？焖俚貙π孤┻M(jìn)行檢測。遠(yuǎn)程診斷和控制有助于增強故障排除，以避免停機。通過這些功能，可以應(yīng)對有機污染監(jiān)測所面臨的最重要挑戰(zhàn)——穩(wěn)健、可靠、快速響應(yīng)，從而提供實時信息，以更輕松地檢測泄漏，管理工藝并滿足法規(guī)要求。
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