背景
一百多年來，人們用生化和化學需氧量的測量結(jié)果來確定和量化城市和工業(yè)廢水的被污染程度。生化需氧量（BOD5）是五日實驗室測量值，是世界上為廣泛使用的廢水水質(zhì)參數(shù)之一，也是城市污水處理的標準參數(shù)。化學需氧量（COD）是兩小時測量值，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。人們經(jīng)常同時采用這兩種實驗室方法，進行測量、記錄和比較。1-3
在各類水、城市污水、工業(yè)廢水的水質(zhì)測量應(yīng)用中，TOC分析是周知的分析方法。有很多實驗室和在線配置的TOC測量方法，典型的分析時間為3至10分鐘，具體時間取決于分析模式。TOC儀器的快速分析和在線操作模式，能夠為事件監(jiān)測和過程控制提供接近實時的分析，因此優(yōu)于需氧量測量法。此外，TOC是水中有機物量的直接測量值，而COD和BOD是間接測量值。
監(jiān)管框架
美國所有的工業(yè)廢水處理廠和公共污水處理廠（Publicly Owned Treatment Works，POTW）都有自己的預(yù)處理標準。根據(jù)清潔水法案（Clean Water Act）和隨后的立法，美國環(huán)境保護局（EPA）建立了“國家污染物排放消除制度（National Pollutant Discharge Elimination System，NPDES）"。通常來說，NPDES是管理工業(yè)廢水或城市污水排放到公共水域時的排放限值或出水限制準則（ELG）的主要制度。4-7
美國清潔水法案規(guī)定，違反者每案每天須支付最高民事罰金25,000美元。根據(jù)聯(lián)邦法規(guī)第403.12款，每天流量（MGD）高于5百萬加侖的公共污水處理廠必須制定預(yù)處理方案。9
在亞洲
中國臺灣環(huán)保署根據(jù)BOD5濃度來確定河流污染程度。5至15毫克/升濃度被視為中度污染，大于15毫克/升濃度被視為嚴重污染。10
在歐洲
法國的公共水域排放限值為：BOD小于100毫克/升，COD小于300毫克/升。德國允許基于4×TOC的最高COD值：“如果總有機碳（TOC）的4倍量（以毫克/升計）未超過化學需氧量（COD），應(yīng)視為滿足排水中的COD允許值。"12
TOC值同需氧量之間的相互關(guān)系
NPDES制度允許采用其他“批準的方法"來替代需氧量方法，例如采用同需氧量相關(guān)的TOC測量法，以使操作人員能夠更快、更精確地進行監(jiān)測和工藝控制。如此一來，需要處理廢水的工業(yè)設(shè)施（非城市污水排放設(shè)施）往往就能在超過許可限值之前掌握需氧量的發(fā)展趨勢。13
預(yù)處理設(shè)施應(yīng)同所在州的NPDES管理部門合作，進行長期的相關(guān)性測試，用TOC代替BOD或COD作為主要排放參數(shù)。監(jiān)管機構(gòu)（如美國環(huán)保局、各州環(huán)境規(guī)劃支持部門）都對樣品數(shù)量和測試時間有具體要求。“北美儀器測試協(xié)會（Instrumentation Testing Association of North America，ITA）"的一項研究報告“建議城市污水處理廠每周進行樣品分析，為期至少一年（包括四季），以獲得排放許可。"14
在全球范圍內(nèi)，城市生活污水處理廠和工業(yè)廢水處理廠可以通過短期和長期研究來確定TOC和需氧量之間的關(guān)系。
印度環(huán)境和森林部中央污染控制委員會（Central Pollution Control Board，CPCB）認為：
“……可以根據(jù)TOC:BOD和TOC:COD的觀察比例來確定相關(guān)系數(shù)……。當在線監(jiān)測TOC時……根據(jù)特定廢水源的TOC、BOD或COD之間建立的可重復經(jīng)驗關(guān)系，可根據(jù)記錄的TOC值來估算相關(guān)的BOD或COD。"15
CPCB還規(guī)定，相關(guān)性必須基于樣品基質(zhì)，并需要定期驗證。
由于TOC方法和需氧量方法有本質(zhì)區(qū)別，歷來人們對TOC同需氧量關(guān)系的懷疑都在于工藝流變化對比例關(guān)系穩(wěn)定性的影響。隨著時間的推移，有機物的變化可能會改變同需氧量之間的數(shù)學關(guān)系。樣品基體、顆粒或固體成分、粘度、濁度的變化都可能影響相關(guān)系數(shù)。
每10分鐘測量TOC，并應(yīng)用相關(guān)系數(shù)：
★
相比于傳統(tǒng)測試，對COD的估算頻率可提高12倍。
★
相比于傳統(tǒng)測試，每天可估算BOD5 288次。
如何確定相關(guān)系數(shù)
有多種方式來正確確定TOC和需氧量（BOD5或 COD）之間的相關(guān)系數(shù)。北美儀器測試協(xié)會（ITA）的測試報告中詳述了各種統(tǒng)計分析方法，請參閱“實施協(xié)議（Implementation Protocol）"。ITA推薦的協(xié)議詳述了4個步驟及建議，并參考了已發(fā)表的分析方法：
長期進行TOC和BOD5分析取樣，取樣點位置范圍包括從進水到排放。
a.
建議取樣后立即進行BOD5分析
b.
建議取樣或酸化和冷凍后立即進行TOC分析
c.
建議將10%的樣品“用于質(zhì)量保證和質(zhì)量控制"
進行數(shù)據(jù)組之間的有效相關(guān)性的統(tǒng)計分析。
如果確認相關(guān)性，應(yīng)建立相關(guān)方程，并計算相當于BOD5限值的TOC。14
無論采用哪種程序，都應(yīng)當用目前最佳做法和科學方法來確保內(nèi)部和外部統(tǒng)計的有效性。統(tǒng)計過程控制和分析的一些有效性考慮包括：在確定工藝穩(wěn)定性之前的數(shù)據(jù)組的最少數(shù)據(jù)點、數(shù)據(jù)正態(tài)分布、工藝能力、確定對數(shù)據(jù)相關(guān)性影響的標準。關(guān)于實驗設(shè)計，應(yīng)咨詢質(zhì)量和工程技術(shù)人員、應(yīng)用統(tǒng)計人員、六西格瑪專家，并遵循公司的工藝和程序。
表1是ITA測試報告中確定的第一階相關(guān)方程的例子。報告總結(jié)了所有的相關(guān)性測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果。
表1：ITA測試報告中確定的第一階相關(guān)方程14
結(jié)論
在亞洲、歐洲、美洲，同BOD5相關(guān)的TOC方法已為人們所熟知，正成為廢水水質(zhì)和處理應(yīng)用中的最佳方法。更快、更準確地測量TOC，能夠改進工藝控制、提供接近實時的排放檢測以減少超標。BOD5相關(guān)的TOC分析方法可以降低運營成本，節(jié)省化學品和能源需求，有助于避免因超過排放限值而造成的罰款。目前已有成熟的分析和統(tǒng)計程序和方法來進行相關(guān)性研究、驗證數(shù)據(jù)、確定相關(guān)性方程。高等院校、研究機構(gòu)、環(huán)保部門、私人企業(yè)都了解TOC分析方法的優(yōu)點，即快速監(jiān)測和預(yù)測需氧量，以改善廢水水質(zhì)，同時降低成本和風險。
參考文獻
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