陳傳政

摘要：介紹了水質(zhì)總有機(jī)碳（TOC）在線分析儀的工作原理，詳細(xì)闡述了水質(zhì)TOC在線分析儀的氧化方法和檢測(cè)方法，并對(duì)國(guó)際上主要的水質(zhì)TOC在線分析儀的結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)指標(biāo)、方法標(biāo)準(zhǔn)、主要型號(hào)進(jìn)行了評(píng)述。

Abstract： The working principle of on-line total organic carbon （TOC） analyzer in water is introduced， the oxidation method and detection method of online TOC analyzer in water are described in detail， and for the structure， technical index， method standard and main models of the main on-line TOC analyzer in the world are reviewed.

關(guān)鍵詞：總有機(jī)碳;TOC;在線分析儀

Key words： total organic carbon;TOC;on-line analyzer

中圖分類(lèi)號(hào)：X853? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）23-0249-02

0? 引言

水質(zhì)總有機(jī)碳（TOC）是指水體中溶解性（DOC）和懸浮性（POC）有機(jī)物含碳的總量。水體中有機(jī)物的種類(lèi)繁多，既有天然有機(jī)物，也有人工合成的有機(jī)物，目前的技術(shù)還不能夠?qū)ζ淙窟M(jìn)行分離、鑒定。但由于它不能反映水中有機(jī)物的種類(lèi)和組成，因而不能反映總量相同的總有機(jī)碳所造成的不同污染后果。在水質(zhì)檢測(cè)中常以TOC表示水中總有機(jī)碳含量，它比BOD5或COD更能直接表示有機(jī)物的總量，通常作為評(píng)價(jià)水體有機(jī)物污染程度的重要依據(jù)。

總有機(jī)碳（TOC）分析廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)，不僅包括廢水處理過(guò)程中的進(jìn)水、污水處理中及最終排水的管理，同時(shí)還用于地表水、自來(lái)水、冷卻水、再生水及清洗水等水體中的有機(jī)物的監(jiān)測(cè)，已日益成為應(yīng)用極為廣泛的監(jiān)測(cè)手段[1-4]。

1? 在線TOC分析儀的工作原理

目前，市場(chǎng)上用于在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)TOC的儀器品牌很多，但這些在線分析儀的設(shè)計(jì)思路相同，即先將水中的有機(jī)物通過(guò)各種方式氧化為二氧化碳，然后通過(guò)測(cè)量二氧化碳的量來(lái)確定TOC的濃度。

1.1 在線水質(zhì)TOC分析儀的氧化方法

在線水質(zhì)TOC分析儀根據(jù)氧化原理的不同，可以分為干式氧化法和濕式氧化法。干式氧化方法主要為高溫燃燒氧化發(fā)，該方法需要使用酸、載氣和標(biāo)液，將稀釋后的水樣酸化后曝氣，驅(qū)除水樣中無(wú)機(jī)碳酸鹽分解生成的二氧化碳，再將酸化后的樣品注入高溫燃燒爐中進(jìn)行燃燒，控制溫度一般為680-1000℃，然而并不是所有的有機(jī)碳都能被完全氧化，因此在這種條件下，必須使用催化劑如鉑或者氧化銅，方可直接測(cè)定TOC含量。這種分析方法因?yàn)楦邷厝紵鄬?duì)徹底，能氧化顆粒有機(jī)化合物，氧化效率高，測(cè)量極限高，是一種成熟、廣泛應(yīng)用的測(cè)試方法。但這種方法體積較大，能耗高，催化劑長(zhǎng)期使用會(huì)中毒，需定期更換催化劑，由于水樣在酸化后曝氣，會(huì)造成水樣中揮發(fā)性有機(jī)物的流失，因此直接測(cè)量結(jié)果反映的是不可吹出的有機(jī)碳含量。[5]或者采用1200℃高溫（HT）氧化法，如此高溫能夠使得所有的碳化合物在不需要催化劑的情況下完全氧化。這種方法能夠測(cè)量的TOC濃度在不稀釋的情況下高達(dá)50，000毫克/升。水樣在一個(gè)特殊的耐熱陶瓷反應(yīng)器中被氣化，所有的碳都被完全氧化成二氧化碳?xì)怏w。

目前在線水質(zhì)TOC分析儀水質(zhì)氧化技術(shù)比較成熟可靠的濕式氧化法有紫外氧化法、過(guò)硫酸鹽氧化法、紫外光+過(guò)硫酸鹽氧化法等[6]。紫外氧化法是將水樣在進(jìn)入紫光反應(yīng)器之前去除掉無(wú)機(jī)碳，采用紫外光（185nm或雙波長(zhǎng)185nm+254nm）直接照射水產(chǎn)生的具有強(qiáng)氧化性的羥基，在催化劑作用下能將水質(zhì)中的有機(jī)碳氧化成二氧化碳，但不能完全氧化顆粒狀和膠狀的有機(jī)碳。過(guò)硫酸鹽氧化法是先通過(guò)磷酸去除水質(zhì)中的無(wú)機(jī)碳，在密閉的容器中加熱到100℃，用過(guò)硫酸鹽作為催化劑，如Na2S2O8或者（NH4）2S2O8，將有機(jī)碳氧化。過(guò)硫酸工作溫度接近100℃時(shí)，有機(jī)分子回收率不能保證完全回收，且在含有高濃度的氯離子水體中，氧化劑會(huì)受到感染，雖然可以通過(guò)提高過(guò)硫酸鹽的濃度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間來(lái)解決，但是隨著溫度的增加導(dǎo)致過(guò)硫酸鹽的分解，造成氧化劑的流失，還必須控制溫度。紫外光+過(guò)硫酸鹽氧化法的原理是先去除水樣中的無(wú)機(jī)碳，然后水樣在紫外燈和過(guò)硫酸鹽氧化劑的聯(lián)合作用下將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。由于單純的過(guò)硫酸鹽氧化的效率不是很高，而紫外線照射無(wú)法用于高濃度TOC水體，但是能夠活化它的氧化能力，使得其中的有機(jī)物分解完全，兩者的協(xié)同可以測(cè)量污染較重的水體。如果還輔助加熱加壓等，氧化的會(huì)比較充分。因其適用性強(qiáng)、可測(cè)范圍廣泛的特點(diǎn)而普及度高，技術(shù)成熟，因此紫外/過(guò)硫酸鉀氧化法得到了廣泛應(yīng)用[7]。

1.2 在線水質(zhì)TOC分析儀的檢測(cè)方法

在線水質(zhì)TOC檢測(cè)實(shí)質(zhì)就是二氧化碳濃度檢測(cè)，檢測(cè)二氧化碳的方法很多，包括電導(dǎo)率發(fā)、非色散紅外探測(cè)（NDIR）、電化學(xué)法、氣相色譜法等[8]。目前，國(guó)際上在在線水質(zhì)TOC分析儀上普遍采用非色散紅外探測(cè)（NDIR）和電導(dǎo)率發(fā)。電導(dǎo)率發(fā)分為直接電導(dǎo)率發(fā)和薄膜電導(dǎo)率發(fā)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)靈敏，成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用廣泛的總有機(jī)碳檢測(cè)方法。非色散紅外探測(cè)（NDIR）具有高精度、響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)、選擇性好，國(guó)際上普遍采用NDIR方法來(lái)測(cè)量CO2濃度[7]。

2? 在線水質(zhì)TOC分析儀的結(jié)構(gòu)組成、主要類(lèi)型及參數(shù)

2.1 自動(dòng)在線水質(zhì)TOC分析儀的結(jié)構(gòu)組成

自動(dòng)在線水質(zhì)TOC主要由水樣采集單元、預(yù)處理單元、水樣導(dǎo)入單元、無(wú)機(jī)碳（IC）去除單元、總有機(jī)碳氧化反應(yīng)單元、后處理單元以及數(shù)據(jù)的顯示、記錄、存儲(chǔ)、傳輸單元。如圖1所示。

2.2 自動(dòng)在線水質(zhì)TOC分析儀的主要類(lèi)型及參數(shù)

隨著各種新方法，新技術(shù)的不斷應(yīng)用，根據(jù)不同的水質(zhì)，不同的氧化技術(shù)，不同的檢測(cè)方法，國(guó)際形式各樣的自動(dòng)在線水質(zhì)總有機(jī)碳分析儀相繼出現(xiàn)，廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。表1中列舉了國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上比較知名的自動(dòng)在線水質(zhì)總有機(jī)碳分析儀的情況。

3? 總結(jié)

目前，國(guó)際上自動(dòng)在線水質(zhì)總有機(jī)碳分析儀種類(lèi)繁多，但是國(guó)外品牌的產(chǎn)品門(mén)類(lèi)齊全。主要特點(diǎn)如下：

①產(chǎn)品細(xì)分很周全。針對(duì)不同類(lèi)型的水質(zhì)有專(zhuān)門(mén)的在線TOC檢測(cè)儀，比如針對(duì)超純水和制藥用水、飲用水行業(yè)和環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)于制藥和半導(dǎo)體廢水、工業(yè)工藝用水和廢水到濃縮鹽水檢測(cè)都有各自分別型號(hào)的專(zhuān)門(mén)TOC在線檢測(cè)儀。

②從TOC檢測(cè)原理方面，雖然TOC根本的氧化原理和檢測(cè)方法沒(méi)有變，但是產(chǎn)生了很多更加高效的氧化方法和更加先進(jìn)、靈敏的傳感器。比如德國(guó)LAR公司具有專(zhuān)利的，1200°C高溫（HT）氧化法，能夠使得所有的碳化合物在不需要催化劑的情況下完全氧化。美國(guó)哈希公司采用羥基自由基的專(zhuān)利二級(jí)高級(jí)氧化法 （TSAO），實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品完全和徹底的氧化。

③得益于現(xiàn)在檢測(cè)和通訊技術(shù)的發(fā)展，在線水質(zhì)TOC在實(shí)時(shí)性、精確性以及智能化等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。一些高級(jí)傳感器自動(dòng)診斷，高精度的電導(dǎo)率傳感器，測(cè)量精準(zhǔn)且具有可重復(fù)性。通訊技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，遠(yuǎn)程控制方便快捷。

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