总有机碳（TOC）纯化水

总有机碳(TOC)纯化水

什么是TOC?

总有机碳是用来描述水系统中有机(含碳有机物)污染物的术语。由于有机物是如糖、蔗糖、酒精、石油、PVC粘结剂、塑料衍生物等化合物，有机污染物有很多来源。给水中有可能有有机物在纯化及分配系统中，过滤或部件的脱落有可能产生有机物水系统中可能产生的微生物也会产生有机物。

主要技术参数

电    源：220V±22V

电源频率：50Hz±1Hz

基本尺寸：44cm×18cm×26cm

检测极限：0.001mg/L

检测精度：±5%

检测范围：0.001mg/L～1.000mg/L

额定功率：100W

分析时间：4min

响应时间：15 min以内

环境温度：10-40℃    温度变化在±5℃/d以内

内部样品流速：0.5 ml/min

样品温度：1-95℃

相对湿度：≤ 85%

重复性误差：≤ 3%

量程漂移：±5%

零点漂移：±5%

为什么要测量TOC?

正常情况下，有机污染物是非离子性的，标准的电导率测量是检测不出的。因此，超纯水系统中高的电阻率(低的电导率)测量值可能检测不出很高的TOC污染。TOC浓度过高的话：水纯化系统效率降低降低半导体的产率药品批次的污染损害电力和蒸汽设备，TOC用于监测许多水纯化工艺的水质及设备效率。用在许多我们其它产品已经使用的行业和应用电半导体行业、制药行业电力和蒸汽发电行业。

总有机碳(TOC)纯化水什么叫总有机碳(TOC)?

　　水中的有机物质的含量，以有机物中的主要元素一碳的量来表示，称为总有机碳。TOC的测定类似于TOD的测定。在950℃的高温下，使水样中的有机物气化燃烧，生成CO2，通过红外线分析仪，测定其生成的CO2之量，即可知总有机碳量。在测定过程中水中无机的碳化合物如碳酸盐、重碳酸盐等也会生成CO2，应另行测定予以扣除。若将水样经0.2μm微孔滤膜过滤后，测得的碳量即为溶解性有机碳(DOC)。TOC、DOC是较为经常使用的水质指标。

　　什么叫总需氧量(TOD)?

　　总需氧量的测定，是在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，于900℃下将有机物燃烧氧化所消耗氧的量，该测定结果比COD更接近理论需氧量。TOD用仪器测定只需约3min可得结果，所以，有分析速度快、方法简便，干扰小、精度高等优点，受到了人们的重视。如果TOD与BOD5间能确定它们的相关系数，则以TOD指标指导生产有更好的实用意义。

　　什么叫生化需氧量(BOD)?如何以生化需氧量(BOD)来判断

　　所谓生化需氧量(BOD)是在有氧的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的有机物质*氧化分解时所消耗氧的量称为生物化学需氧量简称生化需氧量。

　　它是以水样在一定的温度(如20℃)下，在密闭容器中，保存一定时间后溶解氧所减少的量(mg/L)来表示的。当温度在20℃时，一般的有机物质需要20天左右时间就能能完成氧化分解过程，而要全部完成这一分解过程就需100天。但是，这么长的时间对于实际生产控制来说就失去了实用价值。因此，目前规定在20℃下，培养5天作为测定生化需氧量的标准。这时候测得的生化需氧量就称为五日生化需氧量，用BOD5表示。如果是培养20天作为测定生化需氧量的标准时，这时候测得的生化需氧量就称为20天生化需氧量，用BOD20­表示。生化需氧量(BOD)的多少，表明水体受有机物污染的程度，反映出水质的好坏。

　　什么叫化学需氧量(COD)?

　　所谓化学需氧量(COD)，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。

　　它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。

　　化学需氧量(COD)的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾(KmnO4)法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用。重铬酸钾法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。有机物对工业水系统的危害很大。含有大量的有机物的水在通过除盐系统时会污染离子交换树脂，特别容易污染阴离子交换树脂，使树脂交换能力降低。

　　有机物在经过预处理时(混凝、澄清和过滤)，约可减少50%，但在除盐系统中无法除去，故常通过补给水带入锅炉，使炉水pH值降低。有时有机物还可能带入蒸汽系统和凝结水中，使pH降低，造成系统腐蚀。在循环水系统中有机物含量高会促进微生物繁殖。因此，不管对除盐、炉水或循环水系统，COD都是越低越好，但并没有统一的限制指标。在循环冷却水系统中COD(DmnO4法)>5mg/L时，水质已开始变差。

　　什么叫水的溶解氧(DO)?

　　溶解于水中的游离氧称为溶解氧(用DO表示)，常以O2mg/L、mL/L等单位来表示。天然水中氧的主要来源是大气溶于水中的氧，其溶解量与温度，压力有密切关系。温度升高氧的溶解度下降，压力升高溶解度增高。

　　天然水中溶解氧含量约为8～14mg/L，敞开式循环冷却水中溶解氧一般约为6～8mg/L。水体中的溶解氧含量的多少，也反映出水体遭受到污染的程度。当水体受到有机物污染时，由于氧化污染物质需要消耗氧，使水中所含的溶解氧逐渐减少。污染严重时，溶解氧会接近于零，此时厌氧菌便滋长繁殖起来，并发生有机污染物的fu败而发臭。因此，溶解氧也是衡量水体污染程度的一个重要指标。

　　何谓水的电阻率?

　　在测定水的导电性能时，与水的电阻值大小有关，电阻值大，导电性能差，电阻值小，导电性能就良好。

　　根据欧姆定律，在水温一定的情况下，水的电阻值R大小与电极的垂直截面积F成反比，与电极之间的距离L成正比，如下式：R=ρ式中ρ——电阻率，或称比电阻。电阻的单位为欧姆(欧，代号Ω)，或用微欧(μΩ)，1Ω等于106μΩ;电阻率的制(SI)单位为欧米(Ω•m)。如果电极的截面积F做成1cm2，两电极间的距离L为1cm，电阻率的单位为Ω•cm时，那么电阻值就等于电阻率值。

　　水的电阻率的大小，与水中含盐量的多少、水中离子含量、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。因此，纯净的水电阻率很大，超纯水电阻率就更大。水越纯，电阻率越大。

　　什么是水的酸度?

　　水的酸度是指水中所含能提供H离子与强碱(如NaOH、KOH等)发生中和反应的物质总量。这些物质能够放出H，或者经过水解能产生H。

　　水中形成酸度的物质有三部分：

　　(1)水中存在的强酸能全部离解出H，如硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)等;

　　(2)水中存在的弱酸物质，如游离的二氧化碳(CO2)、碳酸(H2CO3)、硫化氢(H2S)、醋酸(CH3COOH)和各种有机酸等;

　　(3)存在的强酸弱碱组成的盐类，如铝、铁、铵等离子与强酸所组成的盐类等。天然水中，酸度的组成主要是弱酸，也就是碳酸。天然水中在一般的情况下不含强酸酸度。水中酸度的测定是用强碱的标准溶液(如0.1mol/LNaOH)来滴定水中。如用甲基橙指示剂所测得的酸度是指强酸酸度和强酸弱碱形成盐类的酸度;而用酚酞指示剂所测得的酸度包括了上述三部分酸度，即称为总酸度。

　　如何根据硬度和碱度的关系了解水质?

　　天然水中的硬度主要是指Ca2+、Mg2+等金属离子，水中的碱度主要是指碳酸氢盐碱度HCO3-。而水中主要存在的离子有Ca2+、Mg2+、Na、K和HCO3-、SO42-、Cl-等。

　　水中的硬度与硬度之间的关系分为三种情况。

　　(1)碱度>硬度(以mol/L计)HCO3->(Ca2+、Mg2+)水中的硬度(Ca2+、Mg2+)都变成为碳酸氢盐，并同时还有Na、K的碳酸氢盐，但没有非碳酸盐硬度在。此时，碱度减去硬度所得的差值等于Na、K的碳酸氢盐。这部分多出的Na、K的碳酸氢盐碱度即所谓过剩碱度亦称为负硬度。

　　(2)碱度=硬度(以mol/L计)即HCO3-=(Ca2+、Mg2+)此时只有Ca2+、Mg2+的硬度及其碳酸氢盐碱度，既无非碳酸盐硬度，亦无Na、K的碳酸氢盐。

　　(3)碱度<硬度(以mol/L计)即HCO3-<(Ca2+、Mg2+)。此时又有两种情况，一是Ca2+>HCO3-的钙硬水，此时水中有非碳酸盐硬度CaSO4、MgSO4的存在，但没有镁的碳酸盐硬度Mg(HCO3-)2。另一种情况是Ca2+>HCO3-的镁硬水，水中有镁的碳酸盐硬度Mg(HCO3-)2的存在，但没有钙的非碳酸盐硬度存在，而有镁的非碳酸盐硬度MgSO4的存在。

　　但上述两种情况，无论是哪种，水中都有非碳酸盐的硬度存在，而没有Na、K的碳酸氢盐存在。

　　水中各种碱度的相互关系如何?

　　水中的碱度是用盐酸中和的方法来测定的。在滴定水的碱度时采用两种指示剂来指示滴定的终点。用酚酞作指示剂时，滴定的终点为pH8.2～8.4，称为酚酞碱度或P碱度。此时，水中的氢氧化物全部被中和，碳酸盐转化为碳酸氢盐，就是碳酸盐被中和了一半。即P碱度=CO32-全部OH-。用甲基橙作指示剂时，滴定的终点pH为4.3～4.5，称为甲基橙碱度或M碱度。

　　此时，水中的氢氧化物、碳酸盐及碳酸氢盐全部被中和，所测得的水中各种弱酸盐类的总和，因此又称为总碱度。即M碱度=全部HCO3-全部CO32-全部OH-。如果水中单独存在OH-碱度，水的pH>11.0;水中同时存在OH-、CO32-时，pH9.4～11.0;如水中只有CO32-存在时，pH=9.4;当CO32-、HCO3-共同存在时，pH8.3～9.4;单一的HCO3-存在时，pH=8.3;但pH<8.3时，水中碱度也只有HCO3-存在，此时的pH值变化只与HCO3-和游离的CO2含量有关。

　　什么是水的碱度?水中的碱度有哪几种形式存在?

　　水的碱度是指水中能够接受H离子与强酸进行中和反应的物质含量。水中产生碱度的物质主要由碳酸盐产生的碳酸盐碱度和碳酸氢盐产生的碳酸氢盐碱度，以及由氢氧化物存在和强碱弱酸盐水解而产生的氢氧化物碱度。所以，碱度是表示水中CO32-、HCO3-、OH-及其他一些弱酸盐类的总和。这些盐类的水溶液都呈碱性，可以用酸来中和。

　　然而，在天然水中，碱度主要是由HCO3-的盐类所组成。可认为：总碱度M=[HCO3-]2[CO32-][OH-]-[H+]当pH值大于7.0时，[H]可略去，故，M=c(Bx-)=[HCO3-][2CO32-][OH-]mol/L形成水中碱度的物质碳酸盐和碳酸氢盐可以共存，碳酸盐和氢氧化物也可以共存。

　　然而，碳酸氢盐与氢氧化物不能同时存在，它们在水中能起如下反应：HCO3+OH-==CO32- H2O由此可见，碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物可以在水中单独存在，除此之外，还有两种碱度的组合，所以，水中的碱度有五种形式存在，即：(1)碳酸氢盐碱度HCO3-;(2)碳酸盐碱度CO32-;(3)氢氧化物碱度OH-;(4)碳酸氢盐和碳酸盐碱度HCO3- CO32-;(5)碳酸盐和氢氧化物碱度CO32- OH-。

　　硬水对工业生产有什么危害?

　　硬水作为工业生产用的冷却水，会使换热器结水垢，严重的不仅会阻碍水流通道，使热交换效果大大降低，影响生产的顺利进行，甚至被迫停产。结垢还会产生垢下腐蚀，会使换热器穿孔而损坏，不仅物料漏损，而且增加设备投资费用，浪费钢材。硬水用于洗涤，也往往影响产品质量，如纺织印染会造成织物的斑点，不仅影响美观，而且影响强度。

　　硬水作为锅炉用水，在锅内加热后，经过蒸发浓缩过程，使锅炉受热面结水垢，而水垢的导热性能极差。水垢的导热性能只有钢材的几百分之一。在锅炉内结垢之后，如果仍要达到无水垢时同样的炉水温度，势必要提高受热面的壁温，例如1.01Mpa(10atm)的锅炉，壁温为280℃，当硅酸盐水垢达1mm厚时，要达到同样的炉水温度，壁温要提高到680℃，此时钢板的强度自3.92Mpa(40kgf/cm2)降至0.98Mpa(10kgf/cm2)，严重的会引起爆裂事故。

　　金属温度升高还会使金属伸长，1m长的钢板，每升高100℃，伸长1.2mm，增加材料应力，导致损坏。此外，结垢之后，使受热面的传热情况变坏，燃烧热也不能很好地传给水，降低了锅炉的热效率，从而白白浪费燃料，如结有1.5mm厚硫酸盐水垢，就要浪费燃料10%以上，并使锅炉的出力大为降低。结水垢之后，还得经常清洗，不仅影响生产，且而降低锅炉使用寿命，还要耗费人力物力。因此，硬水对工业生产的危害很大，必须根据产品或设备对水质的要求，对硬水进行软化、除盐或其他有效的水处理。

　　硬度的单位是如何表示的?

　　硬度的常用单位是mmol/L或mg/L。过去常用的当量浓度N现已停用。换算时，1N=0.5mol/L。由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的，因此，为了有一个统一的比较标准，有必要换算为另一种盐类。通常用CaO或者是CaCO3的质量浓度来表示。当硬度为0.5mmol/L时，等于28mg/L的CaO，或等于50mg/L的CaCO3。此外，各国也有的用德国度、法国度来表示硬度。1德国度等于10mg/L的CaO，1法国度等于10mg/L的CaCO3。0.5mmol/L相当于2.8德国度、5.0法国度。

　　什么是水的总固体、溶解固体和悬浮固体?

　　水中除了溶解气体之外的一切杂质称为固体。而水中的固体又可分为溶解固体和悬浮固体。这二者的总和即称为水的总固体。溶解固体是指水经过过滤之后，那些仍然溶于水中的各种无机盐类、有机物等。悬浮固体是指那些能过滤掉的不溶于水中的泥砂、黏土、有机物、微生物等悬浮物质。总固体的测定是蒸干水分再称重得到的。因此选定蒸干时的温度有很大的关系，一般规定控制在105～110℃。

　　为什么有的水会有臭味?

　　清净的水是无臭、无味、无色透明的液体。但被污染的水体，常会使人感觉有不正常的气体。用鼻闻到的称为鼻，用口尝到的称为味。

　　水的臭味主要来源有：

　　(1)水中的水生动物、植物或微生物的繁殖和腐烂而发出的臭味;

　　(2)水中有机物质的fu败分解而散发的臭味;

　　(3)水中溶解气体如SO2、H2S及NH3的臭味;

　　(4)溶解盐类或泥土的气味;

　　(5)排入水体的工业废水所含杂质如石油、酚类等的臭味;

　　(6)消毒水过程中加入lv气等的气味。

　　由于上述的各种原因，所以有的水会有臭味。例如湖泊、沼泽水中因水藻繁殖或有机物过多而带有鱼腥气味及霉烂气味;浑浊的河水常有泥土气味或涩味;温泉水常带有硫磺气味;地下水有时会有硫化氢味;含氧量较多的水、含硫酸钙量多的水、有机物多的水或含NO2-高的水，常有不正常的甜味;水中含有氯化钠而带有咸味;水中含有硫酸镁，硫酸镁带有苦味;含铁水带有涩味;生活污水及工业废水的气味更是多种多样。

　　水中的主要阴、阳离子对水质有些什么影响?

　　水中主要的阴离子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-等，其中HCO3-、CO32-、OH-在水中常与阳离子K、Na、Ca2+、Mg2+等组成硬度和碱度，它们之间的量的变化要影响水的pH值变化，从这一变化可以知道水的属性是腐蚀型的或是结垢型的。因此，它们是影响水的性质的主要离子。Cl-是水中为常见的阴离子，是引起水质腐蚀性的催化剂，能强烈地推动和促进金属表面电子的交换反应，特别是对水系统的不锈钢材料，应力集中处(如热应力、震荡应力等)，会引起Cl-的富集，加速电化学腐蚀过程。SO42-也是水中较为普遍存在的腐蚀性阴离子，使水的电导率上升，同时又能与阳离子Ca2+等生成CaSO4沉淀而结垢，它又不是水中硫酸盐还原菌的营养源。

　　水中主要的阳离子有K、Na、Ca2+、Mg2+和Fe3+、Mn2+等，其中Na是水中为常见的阳离子，Na、K的存在使水的电导率上升，增加了水的不稳定倾向;其中Ca2+、Mg2+是组成水中硬度的主要离子，在一定的条件下，常在受热设备的表面结垢，影响传热效果。Fe3+、Mn2+很易生成Fe(OH)3、Mn(OH)2的沉淀形成水垢，从而产生垢下腐蚀，又是铁细菌生长的促进剂。

基本原理是：先把水中有机物的碳氧化成二氧化碳，消除干扰因素后由二氧化碳检测器测定，再由数据处理把二氧化碳气体含量转换成水中有机物的浓度。经过不断的研究实验，TOC检测方法从传统的复杂技术渐渐变成便捷准确。

TOC的9种检测方法

一、湿法氧化(过硫酸盐) - 非色散红外探测 (NDIR)

该方法是在氧化之前经磷酸处理待测样品 ,去除无机碳,而后测量 TOC的浓度。现代的TOC连续分析仪中，绝大部分都是湿法氧化。湿法氧化对于复杂的水体(例如:腐殖酸、高分子量化合物等)氧化不充分,所以不适用TOC含量高的水体,但是对于常规水体如地表水、常规海水还是可以的。

二、高温催化燃烧氧化 - 非色散红外探测 （NDIR)

高温催化燃烧氧化的应用时间远比湿法氧迟，但是因为高温燃烧相对*,可以适用于污染较重的江河、海水以及工业废水等水体。

三、紫外氧化 - 非色散红外探测 (NDIR)

其方式与湿法氧化相同，不过是采用紫外光(185nm)进行照射的原理,在样品进入紫外反应器之前去除无机碳，得到更精确的结果。紫外氧化法,对于颗粒状有机物、药物、蛋白质等高含量TOC是不适用的,但可以用于原水、工业用水等水体。

四、紫外(UV) - 湿法(过硫酸盐)氧化 - 非色散红外探测(NDIR)

这种方式是紫外氧化和湿法氧化两者协同作用,相互补充,相互促进,氧化降解效果优于其中任何一种方法。针对紫外氧化无法用于高含量TOC水体，两者的协同可以测量污染较重的水体，但是存在装置相对复杂 ,运行成本高的特点。

五、电阻法

该法是近年来开始应用的技术 ,其原理是在温度补偿前提下,测量样品在紫外线氧化前后电阻率的差值来实现的。但该方法对被测量的水体来源要求比较苛刻 ,只能用相对洁净的工业用水和纯水,应用方向单一。

六、紫外法

紫外吸收光谱用于 TOC的检测分析最早可追溯到 1972年,Dobbs等人对于254nm处紫外吸光度值(A)和城市污水处理二级出水及河水的TOC之间线性关系进行了研究。经过几十年的发展,由于具有快速、不接触测量、重复性好、维护量少等优点，该方法的应用得到飞速发展。

七、电导法

该法中涉及的主要器件是电导池，它由参比电极、测量电极、气液分离器、离子交换树脂、反应盘管、NaOH电导液等组成。电导池的优点是价格低、易普及,但稳定性较差。

八、臭氧氧化法

利用臭氧的强氧化性，采用臭氧氧化作为TOC的检测技术，具有反应速度快,无二次污染,以及较高的应用价值。故此方法的应用前景非常可观。

九、超声空化声致发光法

声化学已成为一个蓬勃发展的研究领域,声致发光的研究已涉及到环境保护领域,我国的相关学者在基础研究和应用研究方面做了大量的工作,近年来,这一*的方法已经得到专家的认可。具有无二次污染、不需添加试剂,设备简单等优点。