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(jī)污染監(jiān)測示例來仔細(xì)研究這些影響,。
水體中有機(jī)成分的污染是一個重要的分析參數(shù),。有機(jī)化合物可能會破壞工藝過程，或在某些情況下,，盡管有機(jī)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(shí)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(jī)污染的程度,。但是，在線分析對于更精確地實(shí)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(jī)碳TOC檢測一直處于主導(dǎo)地位,，用于快速監(jiān)測有機(jī)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(diǎn)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(jī)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)最佳的降解結(jié)果,。反之，如果進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷過低,，可根據(jù)TOC檢測添加甲醇等有機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)物和有機(jī)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(jī)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(jī)物分解并形成有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(fèi)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(jī)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(qiáng)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,，可以非常快速地對泄漏進(jìn)行檢測,。遠(yuǎn)程診斷和控制有助于增強(qiáng)故障排除,，以避免停機(jī),。通過這些功能，可以應(yīng)對有機(jī)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(shí)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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