Termin TOC (Total Organic Carbon) odnosi się do całkowitego stężenia organicznie związanego węgla w próbce wody. Wartość TOC jest kluczowym parametrem w analizie wody, który ma ogromne znaczenie zarówno dla uzdatniania wody przemysłowej, jak i oczyszczania ścieków. Służy jako wskaźnik zanieczyszczenia organicznego wody lub ścieków i umożliwia monitorowanie jakości i czystości wody procesowej, wody pitnej lub ścieków.
W przeciwieństwie do konkretnych analiz zanieczyszczeń, które rejestrują poszczególne substancje, takie jak benzen lub oleje, wartość TOC dostarcza podsumowanych informacji na temat wszystkich związków organicznych zawartych w wodzie. TOC obejmuje zarówno naturalne związki organiczne (np. substancje humusowe), jak i syntetyczne związki węgla (np. rozpuszczalniki lub węglowodory). To sprawia, że analiza TOC jest ważną metodą kontroli w wielu zastosowaniach przemysłowych.
Spis treści
Tło techniczne: Składniki TOC
Wartość TOC składa się z kilku frakcji węgla, które są wyraźnie rozróżnione w analizie:
Węgiel całkowity (TC):
- Całkowita zawartość węgla w wodzie, w tym składniki organiczne i nieorganiczne.
Węgiel nieorganiczny (IC):
- Należą do nich rozpuszczone węglany (CO₃²-), wodorowęglany (HCO₃-) i rozpuszczony kwas węglowy (H₂CO₃).
Węgiel organiczny (OC):
- Cały organicznie związany węgiel obecny w postaci rozpuszczonej lub cząsteczkowej.
Rozpuszczony węgiel organiczny (DOC):
- Zawartość węgla organicznego, który jest rozpuszczony w wodzie i może być oddzielony od cząstek poprzez filtrację (filtracja 0,45 µm).
Cząsteczkowy węgiel organiczny (POC):
- Organiczne związki węgla, które występują w postaci cząstek stałych i nie rozpuszczają się w wodzie.
Metody pomiarowe do określania TOC
Pomiar TOC jest zwykle przeprowadzany poprzez spalanie lub utlenianie związków węgla do dwutlenku węgla (CO₂), który jest następnie analizowany ilościowo. Istnieją dwie ustalone metody:
1. utlenianie termiczne (spalanie w wysokiej temperaturze)
- Jak to działa: Próbka wody jest spalana w temperaturze 600-1200 °C w atmosferze bogatej w tlen. Organiczne związki węgla są całkowicie utleniane do CO₂.
- Wytworzony CO₂ jest następnie oznaczany ilościowo za pomocą detektora NDIR (niedyspersyjny detektor podczerwieni).
- Zalety: Wysoka precyzja i całkowite utlenianie wszystkich substancji organicznych.
- Wada: Energochłonne i podatne na uszkodzenia w przypadku próbek silnie obciążonych cząsteczkami.
2. utlenianie chemiczne na mokro (UV/utlenianie nadsiarczanem)
- Sposób działania: Substancje organiczne są utleniane poprzez dodanie nadsiarczanu sodu (Na₂S₂O₈) i naświetlanie światłem UV. W ten sposób powstaje również CO₂, który jest wykrywany.
- Zalety: Delikatniejszy dla komponentów urządzenia, szczególnie odpowiedni do wody o niskim poziomie TOC.
- Wada: Możliwe niepełne utlenienie wysoce stabilnych związków organicznych.
Znaczenie TOC w technologii wody przemysłowej i ścieków
Wartość TOC jest decydującym parametrem kontrolnym dla zanieczyszczenia organicznego wody i jest stosowana w wielu obszarach przemysłowych do monitorowania procesów, zapewnienia jakości i zgodności z prawem.
1. produkcja wody ultraczystej i demineralizowanej
- Przemysł elektroniczny, farmaceutyczny i produkcja ogniw słonecznych wymagają najwyższych standardów czystości wody.
- Der TOC-Wert muss in Reinstwasseranlagen extrem niedrig liegen, typischerweise < 0,05 mg/L, um Verunreinigungen in empfindlichen Produktionsprozessen zu vermeiden.
- W systemach odwróconej osmozyi wymienników jonowych monitorowanie TOC zapewnia wczesne ostrzeżenie o uszkodzeniu membrany lub zanieczyszczeniu żywicy.
Zdjęcie: Nasz system odwróconej osmozy ALMA OSMO do produkcji wody demineralizowanej
2. obiegi wody chłodzącej
- W obiegach wody chłodzącej zanieczyszczenia organiczne mogą prowadzić do biofoulingu (rozwoju mikroorganizmów) i korozji.
- Regularne pomiary TOC pomagają kontrolować obciążenie organiczne i wdrażać niezbędne środki, takie jak dodawanie biocydów w ukierunkowany sposób.
3. oczyszczanie ścieków
- W oczyszczaniu ścieków przemysłowych wartość TOC jest wykorzystywana jako wskaźnik całkowitego obciążenia organicznego.
- Podwyższone stężenie TOC wskazuje na wysokie ładunki organiczne, które muszą zostać rozbite na etapach oczyszczania biologicznego lub chemiczno-fizycznego.
- Typowe limity TOC dla ścieków:
- Einleitgrenzwert für die Industrie: < 20 mg/L (variiert je nach Region und Industrie).
Wartości graniczne i normy
W wielu branżach istnieją ustalone limity TOC w celu zapewnienia jakości wody:
- Reinstwasser für Pharmaindustrie: < 0,5 mg/L (gemäß USP-Norm).
- Obieg wody chłodzącej: Typowe limity TOC mieszczą się w zakresie 1-5 mg/l, aby zminimalizować biofouling.
- Ścieki przemysłowe: wartości TOC muszą często wynosić poniżej 20 mg/l, w zależności od regionalnych przepisów środowiskowych.
Proces redukcji TOC w oczyszczaniu ścieków
Redukcja całkowitego węgla organicznego (TOC ) w oczyszczaniu ścieków przemysłowych jest osiągana głównie poprzez procesy biologiczne. Wykorzystują one zdolność mikroorganizmów do rozkładania organicznych związków węgla i przekształcania ich w biomasę i dwutlenek węgla (CO₂). W zależności od obciążenia, składu ścieków i wymaganych celów oczyszczania, stosowane są różne procesy biologiczne:
1. proces osadu czynnego
Proces proces osadu czynnego jest najczęściej stosowanym biologicznym procesem redukcji TOC w oczyszczaniu ścieków. Opiera się on na ukierunkowanej promocji mikroorganizmów tlenowych, które utleniają związki organiczne.
Funkcjonalność:
- Ścieki są napowietrzane tlenem w zbiorniku napowietrzającym, aby zapewnić bakteriom tlenowym wystarczającą ilość tlenu.
- Mikroorganizmy wykorzystują organiczne związki węgla jako źródło energii i składników odżywczych i rozkładają je na dwutlenek węgla (CO₂), wodę i biomasę (osad czynny).
- Osad czynny jest następnie sedymentowany w osadniku wtórnym, gdzie następuje oddzielenie oczyszczonej wody.
Wydajność redukcji TOC:
- Proces osadu czynnego może usunąć 70-95% TOC, w zależności od składu ścieków i hydraulicznego czasu retencji.
Zdjęcie: Zbiornik napowietrzający naszego procesu ALMA BHU BIO
2. biofiltracja
Biofiltracja biofiltracja to kolejny biologiczny proces redukcji TOC. W tym procesie organiczne związki węgla są rozkładane przez mikroorganizmy, które przylegają do stałego materiału nośnego.
Funkcjonalność:
- Ścieki są kierowane przez złoże filtracyjne składające się z materiałów takich jak piasek, węgiel aktywny, plastikowe nośniki lub materiały ceramiczne.
- Na tych materiałach nośnych tworzą się biofilmy składające się z mikroorganizmów. Bakterie metabolizują związki organiczne do CO₂ i biomasy.
- Biofiltracja może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych (z tlenem), jak i w połączeniu z obszarami beztlenowymi.
Wydajność redukcji TOC:
- Wysoka redukcja TOC na poziomie 80-98%, szczególnie w przypadku ścieków o niskich resztkowych ładunkach organicznych.
Obszary zastosowania:
- Oczyszczanie ścieków oczyszczonych biologicznie (polerowanie).
- Oczyszczanie strumieni ścieków o niskim stężeniu TOC.
- Jako oczyszczanie wstępne dla systemów odwróconej osmozy do wewnętrznego recyklingu wody.
3. obróbka beztlenowa
Obróbka oczyszczanie beztlenowe to proces redukcji TOC, który odbywa się bez udziału tlenu. Mikroorganizmy rozkładają substancje organiczne w warunkach beztlenowych i przekształcają je w biogaz (metan i dwutlenek węgla).
Funkcjonalność:
- Ścieki są oczyszczane w reaktorze beztlenowym, np. w reaktorze UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). reaktorze UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) lub reaktorze reaktorze EGSB (Expanded Granular Sludge Bed)..
- Degradacja jest przeprowadzana przez bakterie beztlenowe, które przekształcają związki organiczne w metan (CH₄) i CO₂ w kilku etapach (hydroliza, tworzenie kwasu i tworzenie metanu).
- Powstały biogaz może być wykorzystywany do wytwarzania energii, np. w elektrociepłowniach (CHP) do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.
Wydajność redukcji TOC:
- Redukcja TOC wynosi 80-95%, szczególnie w przypadku ścieków o wysokim ładunku organicznym.
Obszary zastosowania:
- Ścieki o dużej zawartości substancji organicznych, np. w przemyśle spożywczym, produkcji napojów lub biopaliw.
4. proces MBBR (reaktor biofilmowy z ruchomym złożem)
Proces Proces MBBR łączy w sobie zalety procesu osadu czynnego i biofiltracji. Wykorzystuje on ruchome materiały nośne, które unoszą się w napowietrzanym reaktorze i na których powierzchni rozwijają się biofilmy.
Funkcjonalność:
- Nośniki składają się ze specjalnych plastikowych korpusów o dużej powierzchni właściwej, na których kolonizują się mikroorganizmy.
- Ścieki są napowietrzane w reaktorze, co utrzymuje nośnik w ruchu. Mikroorganizmy w biofilmie rozkładają organiczne związki węgla.
- Biomasa stabilnie przylega do materiału nośnego, co oznacza, że do oddzielenia osadu nie jest wymagane wtórne oczyszczanie.
Wydajność redukcji TOC:
- Proces MBBR osiąga redukcję TOC na poziomie 70-95%, w zależności od hydraulicznego czasu retencji i obciążenia.
Zdjęcie: Nasza beztlenowa biogazownia ALMA BHU GMR ze zbiornikiem sedymentacyjnym i recyrkulacją biomasy
Wnioski
Wartość TOC jest niezbędnym parametrem w przemysłowym uzdatnianiu wody i ścieków do monitorowania i kontrolowania zanieczyszczenia organicznego wody. Jego wiarygodne określenie umożliwia przestrzeganie norm jakości, wczesne wykrywanie usterek w oczyszczalniach i przestrzeganie przepisów prawnych dotyczących odprowadzania ścieków.
TOC można precyzyjnie i niezawodnie określić za pomocą nowoczesnych metod pomiarowych, takich jak utlenianie termiczne lub utlenianie UV / nadsiarczanem.
Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!
