簡介

水處理廠在為消費者生產安全飲用水的過程中，需要監(jiān)測多種水質參數(shù)，包括水中的pH值、總有機碳TOC、UV 254吸光度。TOC和UV 254吸光度是評估水中有機物（OM，Organic Matter）含量和質量的重要參數(shù)。

TOC和紫外吸光度都取決于水中的有機物。正確了解兩者的關系，就能避免錯誤解讀水質監(jiān)測數(shù)據。本文討論了這兩個參數(shù)間的關系，以及它們在水處理工藝和合規(guī)性方面的應用。文中使用的Sievers??M5310 C分析儀為TOC分析提供了最佳解決方案，實際樣品數(shù)據也證明了此款分析儀的實用性。

技術比較

有機物?

有機物是指水中的各種化合物的混合，包括自然物質（即植物、動物、微生物）降解后產生的天然有機物（NOM，Natural Organic Matter），以及生活污水帶來的有機物1。盡管有機物本身對人體健康無害，但它會與氯反應產生消毒副產物（DBP，Disinfection Byproducts）。消毒副產物對人體健康有害，因此法規(guī)要求水處理廠在處理水時控制有機物的濃度2,3。

TOC和紫外吸光度在有機物分析中的應用

TOC分析提供簡明的TOC濃度讀數(shù)，單位是“毫克碳每升（mg C/L）”。水處理廠可以根據TOC來準確地估算出有機物濃度，因此TOC成為被普遍采用的控制和規(guī)范有機物濃度的方法。3

紫外吸光度是指水中特定化合物吸收紫外線輻射的量度。對于復雜且易變的混合物（例如水中的有機混合物），紫外吸光度可以幫助表征特定樣品4。

水中的有機物具有復雜性和異質性，而紫外吸光度取決于有機樣品的具體成分，因此不能單用紫外吸光度來比較水中的樣品5，理解這一點很重要。例如，有的樣品的紫外吸光度較低，但有機物濃度較高。有的樣品的紫外吸光度較高，但有機物濃度較低。有些樣品的有機物濃度完全不同，但它們的紫外吸光度讀數(shù)卻相同。只有將紫外吸光度和TOC數(shù)據一起分析，才能來解決上述問題。

“特征紫外吸光度（SUVA，specific UV absorbance）”是特定波長的紫外吸光度和TOC的比例6。SUVA是固有參數(shù)，與濃度無關，可以用來比較樣品。SUVA254（即254nm波長SUVA）可用來比較不同樣品中的芳香族化合物的含量（即芳香度）6。芳香度與反應性有關，對水處理工藝具有重要意義。例如，有機物的反應性反映了通過凝聚來去除該有機物的難易程度，以及該有機物與氯反應產生消毒副產物的可能性。

總之，TOC是有機物濃度的簡明測量結果，而紫外吸光度可以為表征樣品提供補充依據。紫外吸光度必須同TOC數(shù)據一起用于比較樣品。

TOC和紫外吸光度

在水處理行業(yè)中的應用

法規(guī)

美國國家環(huán)境保護局“飲用水處理法規(guī)：第1階段消毒副產物規(guī)則（Drinking Water Treatment Regulation: Stage 1 DBP Rule）”要求根據源水的TOC和堿度，通過增強凝聚作用或軟化作用來去除TOC百分比含量。規(guī)則還規(guī)定，如果源水或要處理的水的SUVA值保持在2.0L/（mg·m-1）以下，則可以忽略去除百分比3。

優(yōu)化工藝

TOC和SUVA數(shù)據可用于優(yōu)化水處理工藝。例如，對水處理（即凝聚、膜過濾）前后的TOC和SUVA數(shù)據進行比較，得出有機物去除率的定量結果。結果表明去除效率是否合格，是否需要提高去除效率，是否需要考慮使用其它水處理方法等。

解決方案

專為飲用水行業(yè)的水質監(jiān)測而設計的Sievers M5310 C TOC分析儀（包括實驗室型、便攜式、在線型配置）具有性能可靠、工作高效的優(yōu)點，能夠分析各種化學類別和分子大小的有機碳樣品，有效應對有機物的復雜性。

Sievers M5310 C分析儀的優(yōu)勢：

測量所有類型的有機物的濃度。

工作范圍是4 ppb-50 ppm（涵蓋自然水和處理水的典型TOC范圍）。

同常見的測量紫外吸光度的分光光度計搭配使用，得出表征天然有機物的數(shù)據?？梢杂肨OC和紫外吸光度一起來計算SUVA。

確認紫外吸光度數(shù)據（確保不會發(fā)生紫外信號漂移）。

確認制備好的天然有機物分離液的濃度，以及純有機化合物的濃度。

滿足SM 5310 C和EPA 415.3要求。

無需外部試劑，幾乎不需要制備樣品。

性能數(shù)據：

跟蹤整個水處理過程中的TOC變化

以下表2中列出了用Sievers M5310 C分析儀測量的水處理廠的一組TOC數(shù)據示例。在示例中，水先經過凝聚，然后經過膜過濾。在處理之前、3次不同劑量的凝聚之后、以及膜過濾前后，都測量了TOC和UV 254。

“百分比變化”列比較了給定水處理前后的TOC或UV。我們將凝結劑用量與“處理之前”的值進行了比較，將“膜過濾之后” 的值與“膜過濾之前”的值進行了比較。?

表2中的數(shù)據證明了M5310 C分析儀量化分析水處理過程中的TOC變化的強大能力。此外，“百分比變化UV”與“百分比變化TOC”并不匹配，因此僅憑紫外吸光度不能準確表明TOC濃度，不足以表征或量化有機物。

結論

TOC數(shù)據和紫外吸光度是水處理行業(yè)用于表征和控制有機物的兩個重要指標。TOC分析能夠提供所有有機化合物的絕對碳濃度，而紫外吸光度僅限于檢測吸光化合物，因此應與TOC搭配使用。

Sievers M5310 C分析儀是為水處理行業(yè)設計的性能可靠的TOC分析儀。本文中的樣品分析數(shù)據證明了Sievers M5310 C分析儀能夠跟蹤整個水處理過程中的TOC變化，同時顯示了只用紫外吸光度是無法跟蹤這種變化的。

參考文獻

1. Perdue, E.M., Ritchie, J. D., (2003). Dissolved Organic Matter in?Freshwaters. In H. D. Holland, K. K. Turekian, Treatise of?Geochemistry (pp. 273-318). Elsevier Science.?

2. Reckhow, D.A., Singer, P.C., Malcolm, R.L., (1990) Chlorination?of Humic Materials: Byproduct Formation and Chemical?Interpretations, Environmental Science and Technology, 24,?1655-1664.?

3. Environmental Protection Agency (2001). The Stage 1?Disinfectants and Disinfection Byproducts Rule What Does it?Mean To You? (EPA 816-R-01-014).?

4. Summers, R., Cornel, P., & Roberts, P. (1987). Molecular size?distribution and spectroscopic characterization of humic?substances. Science of The Total Environment, 62, 27-37.?doi:10.1016/0048-9697(87)90478-5?

5. J.K. Edzwald, W.C. Becker and K.L. Wattier, (1985). Surrogate?Parameters for Monitoring Organic Matter and Trihalomethane?Precursors in Water Treatment, J. Am. Water Works Assoc.,?77(4), 122-132.?

6. Leenheer, J.A. (2009). Systematic Approaches to?

Comprehensive Analysis of Natural Organic Matter, Annals of?Environmental Science, 3, 1-130?

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