背景
一百多年來，人們用生化和化學需氧量的測量結(jié)果來確定和量化城市和工業(yè)廢水的被污染程度,。生化需氧量（BOD5）是五日實驗室測量值,，是世界上為廣泛使用的廢水水質(zhì)參數(shù)之一，也是城市污水處理的標準參數(shù),。化學需氧量（COD）是兩小時測量值,，被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域。人們經(jīng)常同時采用這兩種實驗室方法,，進行測量,、記錄和比較。1-3
在各類水,、城市污水,、工業(yè)廢水的水質(zhì)測量應用中，TOC分析是周知的分析方法,。有很多實驗室和在線配置的TOC測量方法,，典型的分析時間為3至10分鐘，具體時間取決于分析模式,。TOC儀器的快速分析和在線操作模式,，能夠為事件監(jiān)測和過程控制提供接近實時的分析，因此優(yōu)于需氧量測量法,。此外,，TOC是水中有機物量的直接測量值，而COD和BOD是間接測量值,。
監(jiān)管框架
美國所有的工業(yè)廢水處理廠和公共污水處理廠（Publicly Owned Treatment Works,，POTW）都有自己的預處理標準,。根據(jù)清潔水法案（Clean Water Act）和隨后的立法，美國環(huán)境保護局（EPA）建立了“國家污染物排放消除制度（National Pollutant Discharge Elimination System,，NPDES）",。通常來說，NPDES是管理工業(yè)廢水或城市污水排放到公共水域時的排放限值或出水限制準則（ELG）的主要制度,。4-7
美國清潔水法案規(guī)定,，違反者每案每天須支付最高民事罰金25,000美元。根據(jù)聯(lián)邦法規(guī)第403.12款,，每天流量（MGD）高于5百萬加侖的公共污水處理廠必須制定預處理方案,。9
在亞洲
中國臺灣環(huán)保署根據(jù)BOD5濃度來確定河流污染程度。5至15毫克/升濃度被視為中度污染,，大于15毫克/升濃度被視為嚴重污染,。10
在歐洲
法國的公共水域排放限值為：BOD小于100毫克/升，COD小于300毫克/升,。德國允許基于4×TOC的最高COD值：“如果總有機碳（TOC）的4倍量（以毫克/升計）未超過化學需氧量（COD）,，應視為滿足排水中的COD允許值。"12
TOC值同需氧量之間的相互關(guān)系
NPDES制度允許采用其他“批準的方法"來替代需氧量方法，例如采用同需氧量相關(guān)的TOC測量法,，以使操作人員能夠更快,、更精確地進行監(jiān)測和工藝控制。如此一來,，需要處理廢水的工業(yè)設(shè)施（非城市污水排放設(shè)施）往往就能在超過許可限值之前掌握需氧量的發(fā)展趨勢,。13
預處理設(shè)施應同所在州的NPDES管理部門合作，進行長期的相關(guān)性測試,，用TOC代替BOD或COD作為主要排放參數(shù),。監(jiān)管機構(gòu)（如美國環(huán)保局、各州環(huán)境規(guī)劃支持部門）都對樣品數(shù)量和測試時間有具體要求,?！氨泵纼x器測試協(xié)會（Instrumentation Testing Association of North America,，ITA）"的一項研究報告“建議城市污水處理廠每周進行樣品分析，為期至少一年（包括四季）,，以獲得排放許可,。"14
在全球范圍內(nèi)，城市生活污水處理廠和工業(yè)廢水處理廠可以通過短期和長期研究來確定TOC和需氧量之間的關(guān)系,。
印度環(huán)境和森林部中央污染控制委員會（Central Pollution Control Board,，CPCB）認為：
“……可以根據(jù)TOC:BOD和TOC:COD的觀察比例來確定相關(guān)系數(shù)……。當在線監(jiān)測TOC時……根據(jù)特定廢水源的TOC,、BOD或COD之間建立的可重復經(jīng)驗關(guān)系,，可根據(jù)記錄的TOC值來估算相關(guān)的BOD或COD。"15
CPCB還規(guī)定,，相關(guān)性必須基于樣品基質(zhì),，并需要定期驗證。
由于TOC方法和需氧量方法有本質(zhì)區(qū)別,，歷來人們對TOC同需氧量關(guān)系的懷疑都在于工藝流變化對比例關(guān)系穩(wěn)定性的影響,。隨著時間的推移，有機物的變化可能會改變同需氧量之間的數(shù)學關(guān)系,。樣品基體,、顆粒或固體成分,、粘度,、濁度的變化都可能影響相關(guān)系數(shù)。
每10分鐘測量TOC,，并應用相關(guān)系數(shù)：
★
相比于傳統(tǒng)測試,，對COD的估算頻率可提高12倍。
★
相比于傳統(tǒng)測試,，每天可估算BOD5 288次,。
如何確定相關(guān)系數(shù)
有多種方式來正確確定TOC和需氧量（BOD5或 COD）之間的相關(guān)系數(shù)。北美儀器測試協(xié)會（ITA）的測試報告中詳述了各種統(tǒng)計分析方法,，請參閱“實施協(xié)議（Implementation Protocol）",。ITA推薦的協(xié)議詳述了4個步驟及建議，并參考了已發(fā)表的分析方法：
長期進行TOC和BOD5分析取樣,，取樣點位置范圍包括從進水到排放,。
a.
建議取樣后立即進行BOD5分析
b.
建議取樣或酸化和冷凍后立即進行TOC分析
c.
建議將10%的樣品“用于質(zhì)量保證和質(zhì)量控制"
進行數(shù)據(jù)組之間的有效相關(guān)性的統(tǒng)計分析。
如果確認相關(guān)性,，應建立相關(guān)方程,，并計算相當于BOD5限值的TOC。14
無論采用哪種程序,，都應當用目前最佳做法和科學方法來確保內(nèi)部和外部統(tǒng)計的有效性,。統(tǒng)計過程控制和分析的一些有效性考慮包括：在確定工藝穩(wěn)定性之前的數(shù)據(jù)組的最少數(shù)據(jù)點,、數(shù)據(jù)正態(tài)分布、工藝能力,、確定對數(shù)據(jù)相關(guān)性影響的標準,。關(guān)于實驗設(shè)計，應咨詢質(zhì)量和工程技術(shù)人員,、應用統(tǒng)計人員、六西格瑪專家,，并遵循公司的工藝和程序,。
表1是ITA測試報告中確定的第一階相關(guān)方程的例子。報告總結(jié)了所有的相關(guān)性測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果,。
表1：ITA測試報告中確定的第一階相關(guān)方程14
結(jié)論
在亞洲,、歐洲、美洲,，同BOD5相關(guān)的TOC方法已為人們所熟知,，正成為廢水水質(zhì)和處理應用中的最佳方法。更快,、更準確地測量TOC,，能夠改進工藝控制、提供接近實時的排放檢測以減少超標,。BOD5相關(guān)的TOC分析方法可以降低運營成本,，節(jié)省化學品和能源需求，有助于避免因超過排放限值而造成的罰款,。目前已有成熟的分析和統(tǒng)計程序和方法來進行相關(guān)性研究,、驗證數(shù)據(jù)、確定相關(guān)性方程,。高等院校,、研究機構(gòu)、環(huán)保部門,、私人企業(yè)都了解TOC分析方法的優(yōu)點,，即快速監(jiān)測和預測需氧量，以改善廢水水質(zhì),，同時降低成本和風險,。
參考文獻
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