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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

发布日期:2021-11-08 发布人员: 浏览次数:137

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。


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