食品饮料行业的总有机碳TOC负荷监测

简介

食品饮料行业在生产工艺中会使用非常大量的水，作为原料、清洗溶剂或用于加热、冷却。在考虑清洁的水对整个生产流程有多重要时，我们必须牢记用水量及实际产品产量的比例：例如，1升果汁、红酒或者咖啡的生产需要使用800升水，而1公斤奶酪或者茶叶则需要5,000升水或者更多。1

食品饮料行业有四大类生产商：第一种为肉制品、家禽制品及海鲜制品；第二种为水果及蔬菜；第三种为乳制品；第四种包括其他所有饮料生产商。在生产这四类产品的工艺中，生产用水中有杂质或被有机物污染的情况并不少见。确定水中总有机碳含量水平的重要方法之一就是总有机碳（TOC）分析。

制造行业必须符合USEPA的清洁水行动（Clean Water Act-CWA）规范。为了降低成本，工厂必须优化处理流程。很多工厂为了实现优化，使用TOC监测，在确保用水质量的同时，能够实现成本的大大节省。若企业无法达到CWA的要求，则可能因为未达标而被罚款。

图1. 典型的水果/蔬菜加工流程2

TOC监测可在以下工艺流程中

发挥重要作用

源水：进入工厂时，源水有机物含量会发生变化。了解这些变化可以帮助确定需要哪些进一步的处理。

配料水/工艺水：验证配料水中的碳含量可以优化清洁过程（CIP）并减少产品召回。

公用设施水：通过使用碳数据检测公用设备水（冷却水、蒸汽、冷凝水）的泄漏或污染物，可以保护宝贵的设备资产并防止工厂停工。

废水/回用水：对可变的进料负荷做出反应，需要对进入废水处理工艺的水的碳含量有所了解。经处理的废水可重复使用。

Sievers® M系列TOC分析仪（实验室、在线、便携多种型号），TOC检测范围0.03 ppb–50 ppm（可选择电导率功能与4秒turbo模式），适用于源水、配料水/工艺水、公用设施水、回用水的检测；Sievers® InnovOx TOC分析仪（实验室、在线两种型号），TOC检测范围50 ppb–50,000 ppm，可直接检测盐、盐水和复杂基质样品，适用于废水的检测。

饮料生产中的TOC监测

乳制品加工中的TOC监测

废水处理中的TOC监测

废水处理工艺必须同时符合国际及地区规范。在生产工艺中或在废水处理设施中，若干净的水源被污染后未经任何处理而排放，会对健康及环境造成一系列后果。

净水处理的第一步是过滤可疑的固体杂质，第二步是对水进行化学处理，确保排放时水中的细菌和有害化学物质最小程度地进入环境。如果水处理工艺没有很好地控制，这会对公司的排污底限有很大的影响。未经正确处理的污水将损害与水接触的表面物料，例如运输管道及储水罐等。若水处理效率不高则有可能导致工厂停产，废水流路改造，甚至是污水的再处理。所有这些都将付出昂贵的代价。

EPA（美国国家环境保护局）确定了五类污染物必须受到控制。这包括耗氧性物质、病原体、营养物、无机物及合成有机化合物、热量。所有这些污染物都会影响生态系统并对水质产生负面影响。这其中可以通过TOC测试监控的污染物是耗氧性物质。

过去，企业都通过一个简单的生物需氧量（BOD）或化学需氧量（COD）的测试，来监控耗氧性物质。如今TOC仪器的便利及优势逐渐被认可，EPA允许使用TOC仪器来监控耗氧性物质。在EPA文档40CFR，第133.104章节，取样及测试程序中，陈述道“若BOD:COD或者BOD:TOC的长期关联性能被论证，TOC测试法可以取代BOD5测试方法。”TOC分析方法更快，所需时间更短，在需要确定废水流的组成时很有优势。

对废水进口流路，或“有负荷”的水，进行TOC的初始检测。此结果将被作为基本参数，处理工厂就能了解一开始的有机物含量。确定水流中具体有多少有机碳后，能决定必须使用多少化学药剂或过滤手段来处理污水。之后再对出口水，或者“干净”水进行检测。通过对出口水的检测，处理厂能够知道化学加药系统是否正常有效地工作着。通过对出口水的监控，工厂能够很好地监控药剂使用后的效果，并逐渐修改或减少药剂剂量。TOC的应用案例有：

• 原始进口水流的初次TOC测试应用 — 刚开始的产品清洗阶段

• 合规放行中的第二类TOC测试应用 — 热烫阶段，分离阶段

• 合规放行中的第三类TOC测试应用 — 设备使用阶段，冷却、清洁及包装阶段

• 合规放行中水副产物的TOC测试应用 — 环保署排污许可（NPDES）放行阶段
  

若TOC值显示放行已经合规，则能即刻节省处理成本。相反，若一开始的废水流因为一些未知工艺的污染而造成TOC值上升，处理厂能基于TOC分析值即刻行动，纠正化学药量的投放。这种实时的更改处理，既可以帮助用户节省成本也能确保污水排放的合规性。

若食品饮料行业排放的废水TOC值常大于200 ppm，生产商可能需要增加很多费用。市政废水处理厂有时会因此增加额外费用，而生产商往往不认同。若排放污水中TOC值过高还可能被EPA或当地政府因违反CWA规范而处以罚款。

在废水处理工艺中若没有进行TOC监控，处理成本可能会增加，还有可能产生违法赔款。Sievers InnovOx TOC分析仪能够帮助客户监控废水处理的各个工艺，确保废水处理设施合法，并帮助优化药剂的投放量，避免污水的过度处理及再处理现象。这不但节省了处理工艺中废水停留的时间，也能实时地合理添加化学药剂，从而达到最小化成本，最大化盈利的目的。

Sievers M系列TOC分析仪

（从左至右：便携、在线、实验室）

检测范围：0.03 ppb–50 ppm，适用于源水、配料水/工艺水、公用设施水、回用水

Sievers InnovOx TOC分析仪

（从左至右：在线、实验室）

检测范围：50 ppb–50,000 ppm，可直接检测盐、盐水和复杂基质样品，适用于废水

参考文献

1. The World’s Water 2008-2009, by Peter Gleick et al, Island Press, waterfootprint.org.

2. EPA 40 CFR, Sampling and Test Procedures, section 133.104, p. 548, 7-1-07 Edition.