總有機碳(TOC)純化水

什么是TOC?

總有機碳是用來描述水系統中有機(含碳有機物)污染物的術語。由于有機物是如糖、蔗糖、酒精、石油、PVC粘結劑、塑料衍生物等化合物，有機污染物有很多來源。給水中有可能有有機物在純化及分配系統中，過濾或部件的脫落有可能產生有機物水系統中可能產生的微生物也會產生有機物。

主要技術參數

電    源：220V±22V

電源頻率：50Hz±1Hz

基本尺寸：44cm×18cm×26cm

檢測極限：0.001mg/L

檢測精度：±5%

檢測范圍：0.001mg/L～1.000mg/L

額定功率：100W

分析時間：4min

響應時間：15 min以內

環境溫度：10-40℃    溫度變化在±5℃/d以內

內部樣品流速：0.5 ml/min

樣品溫度：1-95℃

相對濕度：≤ 85%

重復性誤差：≤ 3%

量程漂移：±5%

零點漂移：±5%

為什么要測量TOC?

正常情況下，有機污染物是非離子性的，標準的電導率測量是檢測不出的。因此，超純水系統中高的電阻率(低的電導率)測量值可能檢測不出很高的TOC污染。TOC濃度過高的話：水純化系統效率降低降低半導體的產率藥品批次的污染損害電力和蒸汽設備，TOC用于監測許多水純化工藝的水質及設備效率。用在許多我們其它產品已經使用的行業和應用電半導體行業、制藥行業電力和蒸汽發電行業。

總有機碳(TOC)純化水什么叫總有機碳(TOC)?

　　水中的有機物質的含量，以有機物中的主要元素一碳的量來表示，稱為總有機碳。TOC的測定類似于TOD的測定。在950℃的高溫下，使水樣中的有機物氣化燃燒，生成CO2，通過紅外線分析儀，測定其生成的CO2之量，即可知總有機碳量。在測定過程中水中無機的碳化合物如碳酸鹽、重碳酸鹽等也會生成CO2，應另行測定予以扣除。若將水樣經0.2μm微孔濾膜過濾后，測得的碳量即為溶解性有機碳(DOC)。TOC、DOC是較為經常使用的水質指標。

　　什么叫總需氧量(TOD)?

　　總需氧量的測定，是在特殊的燃燒器中，以鉑為催化劑，于900℃下將有機物燃燒氧化所消耗氧的量，該測定結果比COD更接近理論需氧量。TOD用儀器測定只需約3min可得結果，所以，有分析速度快、方法簡便，干擾小、精度高等優點，受到了人們的重視。如果TOD與BOD5間能確定它們的相關系數，則以TOD指標指導生產有更好的實用意義。

　　什么叫生化需氧量(BOD)?如何以生化需氧量(BOD)來判斷

　　所謂生化需氧量(BOD)是在有氧的條件下，由于微生物的作用，水中能分解的有機物質*氧化分解時所消耗氧的量稱為生物化學需氧量簡稱生化需氧量。

　　它是以水樣在一定的溫度(如20℃)下，在密閉容器中，保存一定時間后溶解氧所減少的量(mg/L)來表示的。當溫度在20℃時，一般的有機物質需要20天左右時間就能能完成氧化分解過程，而要全部完成這一分解過程就需100天。但是，這么長的時間對于實際生產控制來說就失去了實用價值。因此，目前規定在20℃下，培養5天作為測定生化需氧量的標準。這時候測得的生化需氧量就稱為五日生化需氧量，用BOD5表示。如果是培養20天作為測定生化需氧量的標準時，這時候測得的生化需氧量就稱為20天生化需氧量，用BOD20­表示。生化需氧量(BOD)的多少，表明水體受有機物污染的程度，反映出水質的好壞。

　　什么叫化學需氧量(COD)?

　　所謂化學需氧量(COD)，是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量。

　　它是表示水中還原性物質多少的一個指標。水中的還原性物質有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等。但主要的是有機物。因此，化學需氧量(COD)又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標。化學需氧量越大，說明水體受有機物的污染越嚴重。

　　化學需氧量(COD)的測定，隨著測定水樣中還原性物質以及測定方法的不同，其測定值也有不同。目前應用普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法。高錳酸鉀(KmnO4)法，氧化率較低，但比較簡便，在測定水樣中有機物含量的相對比較值時，可以采用。重鉻酸鉀法，氧化率高，再現性好，適用于測定水樣中有機物的總量。有機物對工業水系統的危害很大。含有大量的有機物的水在通過除鹽系統時會污染離子交換樹脂，特別容易污染陰離子交換樹脂，使樹脂交換能力降低。

　　有機物在經過預處理時(混凝、澄清和過濾)，約可減少50%，但在除鹽系統中無法除去，故常通過補給水帶入鍋爐，使爐水pH值降低。有時有機物還可能帶入蒸汽系統和凝結水中，使pH降低，造成系統腐蝕。在循環水系統中有機物含量高會促進微生物繁殖。因此，不管對除鹽、爐水或循環水系統，COD都是越低越好，但并沒有統一的限制指標。在循環冷卻水系統中COD(DmnO4法)>5mg/L時，水質已開始變差。

　　什么叫水的溶解氧(DO)?

　　溶解于水中的游離氧稱為溶解氧(用DO表示)，常以O2mg/L、mL/L等單位來表示。天然水中氧的主要來源是大氣溶于水中的氧，其溶解量與溫度，壓力有密切關系。溫度升高氧的溶解度下降，壓力升高溶解度增高。

　　天然水中溶解氧含量約為8～14mg/L，敞開式循環冷卻水中溶解氧一般約為6～8mg/L。水體中的溶解氧含量的多少，也反映出水體遭受到污染的程度。當水體受到有機物污染時，由于氧化污染物質需要消耗氧，使水中所含的溶解氧逐漸減少。污染嚴重時，溶解氧會接近于零，此時厭氧菌便滋長繁殖起來，并發生有機污染物的fu敗而發臭。因此，溶解氧也是衡量水體污染程度的一個重要指標。

　　何謂水的電阻率?

　　在測定水的導電性能時，與水的電阻值大小有關，電阻值大，導電性能差，電阻值小，導電性能就良好。

　　根據歐姆定律，在水溫一定的情況下，水的電阻值R大小與電極的垂直截面積F成反比，與電極之間的距離L成正比，如下式：R=ρ式中ρ——電阻率，或稱比電阻。電阻的單位為歐姆(歐，代號Ω)，或用微歐(μΩ)，1Ω等于106μΩ;電阻率的制(SI)單位為歐米(Ω•m)。如果電極的截面積F做成1cm2，兩電極間的距離L為1cm，電阻率的單位為Ω•cm時，那么電阻值就等于電阻率值。

　　水的電阻率的大小，與水中含鹽量的多少、水中離子含量、離子的電荷數以及離子的運動速度有關。因此，純凈的水電阻率很大，超純水電阻率就更大。水越純，電阻率越大。

　　什么是水的酸度?

　　水的酸度是指水中所含能提供H離子與強堿(如NaOH、KOH等)發生中和反應的物質總量。這些物質能夠放出H，或者經過水解能產生H。

　　水中形成酸度的物質有三部分：

　　(1)水中存在的強酸能全部離解出H，如硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)等;

　　(2)水中存在的弱酸物質，如游離的二氧化碳(CO2)、碳酸(H2CO3)、硫化氫(H2S)、醋酸(CH3COOH)和各種有機酸等;

　　(3)存在的強酸弱堿組成的鹽類，如鋁、鐵、銨等離子與強酸所組成的鹽類等。天然水中，酸度的組成主要是弱酸，也就是碳酸。天然水中在一般的情況下不含強酸酸度。水中酸度的測定是用強堿的標準溶液(如0.1mol/LNaOH)來滴定水中。如用甲基橙指示劑所測得的酸度是指強酸酸度和強酸弱堿形成鹽類的酸度;而用酚酞指示劑所測得的酸度包括了上述三部分酸度，即稱為總酸度。

　　如何根據硬度和堿度的關系了解水質?

　　天然水中的硬度主要是指Ca2+、Mg2+等金屬離子，水中的堿度主要是指碳酸氫鹽堿度HCO3-。而水中主要存在的離子有Ca2+、Mg2+、Na、K和HCO3-、SO42-、Cl-等。

　　水中的硬度與硬度之間的關系分為三種情況。

　　(1)堿度>硬度(以mol/L計)HCO3->(Ca2+、Mg2+)水中的硬度(Ca2+、Mg2+)都變成為碳酸氫鹽，并同時還有Na、K的碳酸氫鹽，但沒有非碳酸鹽硬度在。此時，堿度減去硬度所得的差值等于Na、K的碳酸氫鹽。這部分多出的Na、K的碳酸氫鹽堿度即所謂過剩堿度亦稱為負硬度。

　　(2)堿度=硬度(以mol/L計)即HCO3-=(Ca2+、Mg2+)此時只有Ca2+、Mg2+的硬度及其碳酸氫鹽堿度，既無非碳酸鹽硬度，亦無Na、K的碳酸氫鹽。

　　(3)堿度<硬度(以mol/L計)即HCO3-<(Ca2+、Mg2+)。此時又有兩種情況，一是Ca2+>HCO3-的鈣硬水，此時水中有非碳酸鹽硬度CaSO4、MgSO4的存在，但沒有鎂的碳酸鹽硬度Mg(HCO3-)2。另一種情況是Ca2+>HCO3-的鎂硬水，水中有鎂的碳酸鹽硬度Mg(HCO3-)2的存在，但沒有鈣的非碳酸鹽硬度存在，而有鎂的非碳酸鹽硬度MgSO4的存在。

　　但上述兩種情況，無論是哪種，水中都有非碳酸鹽的硬度存在，而沒有Na、K的碳酸氫鹽存在。

　　水中各種堿度的相互關系如何?

　　水中的堿度是用鹽酸中和的方法來測定的。在滴定水的堿度時采用兩種指示劑來指示滴定的終點。用酚酞作指示劑時，滴定的終點為pH8.2～8.4，稱為酚酞堿度或P堿度。此時，水中的氫氧化物全部被中和，碳酸鹽轉化為碳酸氫鹽，就是碳酸鹽被中和了一半。即P堿度=CO32-全部OH-。用甲基橙作指示劑時，滴定的終點pH為4.3～4.5，稱為甲基橙堿度或M堿度。

　　此時，水中的氫氧化物、碳酸鹽及碳酸氫鹽全部被中和，所測得的水中各種弱酸鹽類的總和，因此又稱為總堿度。即M堿度=全部HCO3-全部CO32-全部OH-。如果水中單獨存在OH-堿度，水的pH>11.0;水中同時存在OH-、CO32-時，pH9.4～11.0;如水中只有CO32-存在時，pH=9.4;當CO32-、HCO3-共同存在時，pH8.3～9.4;單一的HCO3-存在時，pH=8.3;但pH<8.3時，水中堿度也只有HCO3-存在，此時的pH值變化只與HCO3-和游離的CO2含量有關。

　　什么是水的堿度?水中的堿度有哪幾種形式存在?

　　水的堿度是指水中能夠接受H離子與強酸進行中和反應的物質含量。水中產生堿度的物質主要由碳酸鹽產生的碳酸鹽堿度和碳酸氫鹽產生的碳酸氫鹽堿度，以及由氫氧化物存在和強堿弱酸鹽水解而產生的氫氧化物堿度。所以，堿度是表示水中CO32-、HCO3-、OH-及其他一些弱酸鹽類的總和。這些鹽類的水溶液都呈堿性，可以用酸來中和。

　　然而，在天然水中，堿度主要是由HCO3-的鹽類所組成。可認為：總堿度M=[HCO3-]2[CO32-][OH-]-[H+]當pH值大于7.0時，[H]可略去，故，M=c(Bx-)=[HCO3-][2CO32-][OH-]mol/L形成水中堿度的物質碳酸鹽和碳酸氫鹽可以共存，碳酸鹽和氫氧化物也可以共存。

　　然而，碳酸氫鹽與氫氧化物不能同時存在，它們在水中能起如下反應：HCO3+OH-==CO32- H2O由此可見，碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物可以在水中單獨存在，除此之外，還有兩種堿度的組合，所以，水中的堿度有五種形式存在，即：(1)碳酸氫鹽堿度HCO3-;(2)碳酸鹽堿度CO32-;(3)氫氧化物堿度OH-;(4)碳酸氫鹽和碳酸鹽堿度HCO3- CO32-;(5)碳酸鹽和氫氧化物堿度CO32- OH-。

　　硬水對工業生產有什么危害?

　　硬水作為工業生產用的冷卻水，會使換熱器結水垢，嚴重的不僅會阻礙水流通道，使熱交換效果大大降低，影響生產的順利進行，甚至被迫停產。結垢還會產生垢下腐蝕，會使換熱器穿孔而損壞，不僅物料漏損，而且增加設備投資費用，浪費鋼材。硬水用于洗滌，也往往影響產品質量，如紡織印染會造成織物的斑點，不僅影響美觀，而且影響強度。

　　硬水作為鍋爐用水，在鍋內加熱后，經過蒸發濃縮過程，使鍋爐受熱面結水垢，而水垢的導熱性能極差。水垢的導熱性能只有鋼材的幾百分之一。在鍋爐內結垢之后，如果仍要達到無水垢時同樣的爐水溫度，勢必要提高受熱面的壁溫，例如1.01Mpa(10atm)的鍋爐，壁溫為280℃，當硅酸鹽水垢達1mm厚時，要達到同樣的爐水溫度，壁溫要提高到680℃，此時鋼板的強度自3.92Mpa(40kgf/cm2)降至0.98Mpa(10kgf/cm2)，嚴重的會引起爆裂事故。

　　金屬溫度升高還會使金屬伸長，1m長的鋼板，每升高100℃，伸長1.2mm，增加材料應力，導致損壞。此外，結垢之后，使受熱面的傳熱情況變壞，燃燒熱也不能很好地傳給水，降低了鍋爐的熱效率，從而白白浪費燃料，如結有1.5mm厚硫酸鹽水垢，就要浪費燃料10%以上，并使鍋爐的出力大為降低。結水垢之后，還得經常清洗，不僅影響生產，且而降低鍋爐使用壽命，還要耗費人力物力。因此，硬水對工業生產的危害很大，必須根據產品或設備對水質的要求，對硬水進行軟化、除鹽或其他有效的水處理。

　　硬度的單位是如何表示的?

　　硬度的常用單位是mmol/L或mg/L。過去常用的當量濃度N現已停用。換算時，1N=0.5mol/L。由于硬度并非是由單一的金屬離子或鹽類形成的，因此，為了有一個統一的比較標準，有必要換算為另一種鹽類。通常用CaO或者是CaCO3的質量濃度來表示。當硬度為0.5mmol/L時，等于28mg/L的CaO，或等于50mg/L的CaCO3。此外，各國也有的用德國度、法國度來表示硬度。1德國度等于10mg/L的CaO，1法國度等于10mg/L的CaCO3。0.5mmol/L相當于2.8德國度、5.0法國度。

　　什么是水的總固體、溶解固體和懸浮固體?

　　水中除了溶解氣體之外的一切雜質稱為固體。而水中的固體又可分為溶解固體和懸浮固體。這二者的總和即稱為水的總固體。溶解固體是指水經過過濾之后，那些仍然溶于水中的各種無機鹽類、有機物等。懸浮固體是指那些能過濾掉的不溶于水中的泥砂、黏土、有機物、微生物等懸浮物質。總固體的測定是蒸干水分再稱重得到的。因此選定蒸干時的溫度有很大的關系，一般規定控制在105～110℃。

　　為什么有的水會有臭味?

　　清凈的水是無臭、無味、無色透明的液體。但被污染的水體，常會使人感覺有不正常的氣體。用鼻聞到的稱為鼻，用口嘗到的稱為味。

　　水的臭味主要來源有：

　　(1)水中的水生動物、植物或微生物的繁殖和腐爛而發出的臭味;

　　(2)水中有機物質的fu敗分解而散發的臭味;

　　(3)水中溶解氣體如SO2、H2S及NH3的臭味;

　　(4)溶解鹽類或泥土的氣味;

　　(5)排入水體的工業廢水所含雜質如石油、酚類等的臭味;

　　(6)消毒水過程中加入lv氣等的氣味。

　　由于上述的各種原因，所以有的水會有臭味。例如湖泊、沼澤水中因水藻繁殖或有機物過多而帶有魚腥氣味及霉爛氣味;渾濁的河水常有泥土氣味或澀味;溫泉水常帶有硫磺氣味;地下水有時會有硫化氫味;含氧量較多的水、含硫酸鈣量多的水、有機物多的水或含NO2-高的水，常有不正常的甜味;水中含有氯化鈉而帶有咸味;水中含有硫酸鎂，硫酸鎂帶有苦味;含鐵水帶有澀味;生活污水及工業廢水的氣味更是多種多樣。

　　水中的主要陰、陽離子對水質有些什么影響?

　　水中主要的陰離子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-等，其中HCO3-、CO32-、OH-在水中常與陽離子K、Na、Ca2+、Mg2+等組成硬度和堿度，它們之間的量的變化要影響水的pH值變化，從這一變化可以知道水的屬性是腐蝕型的或是結垢型的。因此，它們是影響水的性質的主要離子。Cl-是水中為常見的陰離子，是引起水質腐蝕性的催化劑，能強烈地推動和促進金屬表面電子的交換反應，特別是對水系統的不銹鋼材料，應力集中處(如熱應力、震蕩應力等)，會引起Cl-的富集，加速電化學腐蝕過程。SO42-也是水中較為普遍存在的腐蝕性陰離子，使水的電導率上升，同時又能與陽離子Ca2+等生成CaSO4沉淀而結垢，它又不是水中硫酸鹽還原菌的營養源。

　　水中主要的陽離子有K、Na、Ca2+、Mg2+和Fe3+、Mn2+等，其中Na是水中為常見的陽離子，Na、K的存在使水的電導率上升，增加了水的不穩定傾向;其中Ca2+、Mg2+是組成水中硬度的主要離子，在一定的條件下，常在受熱設備的表面結垢，影響傳熱效果。Fe3+、Mn2+很易生成Fe(OH)3、Mn(OH)2的沉淀形成水垢，從而產生垢下腐蝕，又是鐵細菌生長的促進劑。

基本原理是：先把水中有機物的碳氧化成二氧化碳，消除干擾因素后由二氧化碳檢測器測定，再由數據處理把二氧化碳氣體含量轉換成水中有機物的濃度。經過不斷的研究實驗，TOC檢測方法從傳統的復雜技術漸漸變成便捷準確。

TOC的9種檢測方法

一、濕法氧化(過硫酸鹽) - 非色散紅外探測 (NDIR)

該方法是在氧化之前經磷酸處理待測樣品 ,去除無機碳,而后測量 TOC的濃度。現代的TOC連續分析儀中，絕大部分都是濕法氧化。濕法氧化對于復雜的水體(例如:腐殖酸、高分子量化合物等)氧化不充分,所以不適用TOC含量高的水體,但是對于常規水體如地表水、常規海水還是可以的。

二、高溫催化燃燒氧化 - 非色散紅外探測 （NDIR)

高溫催化燃燒氧化的應用時間遠比濕法氧遲，但是因為高溫燃燒相對*,可以適用于污染較重的江河、海水以及工業廢水等水體。

三、紫外氧化 - 非色散紅外探測 (NDIR)

其方式與濕法氧化相同，不過是采用紫外光(185nm)進行照射的原理,在樣品進入紫外反應器之前去除無機碳，得到更精確的結果。紫外氧化法,對于顆粒狀有機物、藥物、蛋白質等高含量TOC是不適用的,但可以用于原水、工業用水等水體。

四、紫外(UV) - 濕法(過硫酸鹽)氧化 - 非色散紅外探測(NDIR)

這種方式是紫外氧化和濕法氧化兩者協同作用,相互補充,相互促進,氧化降解效果優于其中任何一種方法。針對紫外氧化無法用于高含量TOC水體，兩者的協同可以測量污染較重的水體，但是存在裝置相對復雜 ,運行成本高的特點。

五、電阻法

該法是近年來開始應用的技術 ,其原理是在溫度補償前提下,測量樣品在紫外線氧化前后電阻率的差值來實現的。但該方法對被測量的水體來源要求比較苛刻 ,只能用相對潔凈的工業用水和純水,應用方向單一。

六、紫外法

紫外吸收光譜用于 TOC的檢測分析最早可追溯到 1972年,Dobbs等人對于254nm處紫外吸光度值(A)和城市污水處理二級出水及河水的TOC之間線性關系進行了研究。經過幾十年的發展,由于具有快速、不接觸測量、重復性好、維護量少等優點，該方法的應用得到飛速發展。

七、電導法

該法中涉及的主要器件是電導池，它由參比電極、測量電極、氣液分離器、離子交換樹脂、反應盤管、NaOH電導液等組成。電導池的優點是價格低、易普及,但穩定性較差。

八、臭氧氧化法

利用臭氧的強氧化性，采用臭氧氧化作為TOC的檢測技術，具有反應速度快,無二次污染,以及較高的應用價值。故此方法的應用前景非常可觀。

九、超聲空化聲致發光法

聲化學已成為一個蓬勃發展的研究領域,聲致發光的研究已涉及到環境保護領域,我國的相關學者在基礎研究和應用研究方面做了大量的工作,近年來,這一*的方法已經得到專家的認可。具有無二次污染、不需添加試劑,設備簡單等優點。