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通过TOC实时监测获得水处理数据洞察,以改进工艺控制、质量与合规性

发布时间: 2021-11-08 12:24 来源:Sievers分析仪(威立雅)

水和污水处理的运营决策取决于所采用的有机物检测工具,如生物需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)准确评估有机污染。为了符合规定和优化处理步骤,节省时间和金钱,了解和理解有机负荷以及有机脱除效率作为关键控制工具,是非常有价值的。


BOD和COD是传统实验室测定有机物含量的参数,TOC是相对较新的检测指标。虽然这些参数测定的是水中不同的物质,但它们的测定结果有所重叠,都提供有关水和污水样品中相对有机“浓度”的信息。美国和欧洲法规框架中,为了证明出水符合限值标准,大部分都要求BOD和COD这两个数据。增加TOC数据作为补充,可以快速发现机会,调整工艺,优化操作。仅使用COD或BOD,这些机会很可能会被忽略。

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在线TOC分析利用实时数据对有机负荷进行定量,使操作人员能够依据观察到的波动,根据数据快速做出处理决策。

01

BOD和COD

BOD测定水中有机污染物微生物降解的需氧量。样品在20°C培养5天得到结果,由于各种因素,如干扰(微生物抑制剂、消毒剂、氯、盐等)和操作人员的操作,重现性受到限制(+/-20%)。


COD是一种比较普遍的BOD替代补充检测,其主要优势是检测时间仅需2小时。COD测定水中化合物化学氧化的需氧量。该检测需要使用危险有毒的化学试剂,如溶于50%硫酸溶液中的重铬酸钾,并且干扰氯化物、亚硝酸盐和铁离子。


虽然BOD和COD是必须测定的参数,但它们的缺点不符合用户的期望,我们一直是在寻求更好的测定有机物浓度的替代方法。


02

TOC

在短期调整和即时结果很重要的领域,越来越多的水和污水厂运营商在有机物监测体系中增加了对TOC的监测。与BOD和COD不同的是,TOC可以在实验室与/或在线检测,每隔几分钟就得到一个检测结果。


TOC分析仪测定水和污水样品中总有机物质的含量。分析仪的类型很多,但都是将有机碳氧化为二氧化碳(CO2),然后,采用检测方法测定产生的CO2。氧化方法包括燃烧、紫外(UV)过硫酸盐、超临界水氧化,而检测方法包括非色散红外(NDIR)法和膜电导法。


在线分析的主要好处是其利用实时数据对有机负荷变化进行量化,使操作人员能够依据观察到的波动,根据数据快速做出处理决策,节省时间和金钱。


在线TOC分析仪通常一年中需要多次维护,更换易耗品。但更新型的TOC分析仪使用简单每个季度仅需维护一次,每6至12个月校正一次


也许TOC最大的重要性是其准确检测工艺变化的灵敏性,以及对低含量和高含量有机污染都能精确定量。


03

案例

下面列出了美国三家采用在线TOC作为监测工具,快速做出处理决策的城市饮用水和污水处理厂。TOC分析帮助这些运营商优化了工艺和操作。


科罗拉多州博尔德市公共工程污水处理设施

2008年,第75街污水处理厂(WWTF)将其除磷脱氮工艺升级到改良型Ludzack-Ettinger(MLE)工艺。该活性污泥工艺将出水中氨和硝酸盐的浓度成功降低到合规水平,直到2017年该区域实行了最新的每日最大限值。由于存在违规风险,该污水处理厂进行了在线检测和工艺建模,从而确定了脱氮不完全的原因:该污水处理厂MLE工艺缺氧区的碳限制。


在使用Sievers® InnovOx在线TOC分析仪后,其提供的数据证明,碳和氮的日变化足以抵消对污水处理厂碳限制的作用。这提供了原先被忽略的许多优化机会,因为原先是以天为基础考虑碳/氮比。通过这一信息,该厂选择氮升级来缓解这个问题。氮解决方案将使操作人员能够通过平衡碳/氮比日变化,减少外部碳用量。它还支持该厂满足营养物废水排放新法规的要求。


科罗拉多工厂在线TOC分析仪的特点是稳健的样品处理能力和拥有专利技术的超临界水氧化技术。其双通道或可选的5通道配置能够连续监测多种水流来源,同时可以针对不同颗粒含量进行配置,不需要维护过滤系统,使其用于污水应用非常理想。


加州圣马科斯市双橡树谷水处理厂

该零排放浸没式膜超滤(UF)水处理厂的源水是95%地表水和5%再生水(主要是超滤膜反洗水)。现场循环水工艺从均化开始,然后加入促凝剂/絮凝剂,然后在Lamella+板式沉降器中沉降。沉降的水与原水汇合,送往超滤膜。该厂对板式沉降器的进水和出水实施TOC监测,以了解板式沉降器的有机物脱除效率。它们还想了解UF膜的有机污染情况,从而能够调整处理工艺,防止污染发生。


使用Sievers® InnovOx在线TOC分析仪后,在线分析表明TOC初始脱除效率是大约40-50%。虽然尝试了各种不同的处理方案,但TOC在线分析对处理效率提供了接近实时的数据。此时,控制pH实现的TOC脱除效率优于加入不同絮凝剂的效果。但是,确保合适的平衡需要连续正确监测有机物脱除情况。因此该厂持续进行TOC监测,确保最佳操作和连续试验新技术,改善有机物脱除,防止膜污染


科罗拉多州恩格尔伍德市水处理厂

该饮用水处理厂处理当地河流的地表水。为了改进工艺和寻找节约成本的机会,该市将其杯罐实验法的工艺数据从浊度扩展到TOC。为了确保符合消毒副产物(DBP)条例要求,在开展试验之前,他们的化学试剂添加量是比较盲目的。DBP条例要求在其分配系统最远端脱除TOC和减少DBP形成。


该市使用Sievers® M5310 C TOC分析仪进行TOC监测。该分析仪特别设计用于饮用水应用,通过自动计算进水和出水或样品的TOC百分脱除率,符合DBP条例要求。该系统预先校准,小巧独立,维护要求低。该厂使用的M5310 C分析仪是便携式的,不需要从连续样品源拆下仪器或改变样品进口配置,即可采集样品。


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TOC分析通过自动计算进水和出水或样品的TOC百分脱除率,以符合消毒副产物DBP(disinfection by-product)条例。


通过TOC监测,该市在几步优化中降低了运营成本。这些优化包括:改变pH、改变絮凝剂类型或絮凝剂用量已获得最佳效果,确保有机物脱除,以及了解何时再生颗粒活性碳(GAC)。


04

结论

TOC监测帮助推动智能型、信息型的快速决策,改进饮用水和污水处理厂的工艺控制。TOC分析对水处理设施而言是一个强大的工具,可以帮助运营商持续有效地进行水处理,对处理成本也有着积极影响,以满足目前和未来的法规要求。

原文英文版刊登于《WaterWorld》杂志2018年6月刊

作者:CéLINE ASSMANN、AMANDA SCOTT

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标签:碳监测,TOC,BOD,COD,水处理,有机物
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