TOC trong nước thải là gì? Cách phân tích và đo lường như thế nào? TOC trong nước nguồn đến từ các chất hữu cơ tự nhiên đang phân hủy (NOM) cũng như các nguồn tổng hợp.
Axit humic, axit fulvic, amin và urê là những ví dụ về NOM. Một số chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, phân bón, thuốc diệt cỏ, hóa chất công nghiệp và chất hữu cơ clo là những ví dụ về các nguồn tổng hợp. Bài viết này sẽ thảo luận về chỉ số TOC là gì, cách phân tích và đo lường chỉ số này trong nước.
TOC là gì?
TOC là chữ viết tắt của cụm từ tiếng anh total organic carbon. Nghĩa là tổng lượng carbon hữu cơ. Là lượng carbon tìm thấy trong 1 hợp chất hữu cơ. Và thường được sử dung như 1 chỉ số không cụ thể về chất lượng nước. Hoặc độ sạch của thiết bị sản xuất dược phẩm.
TOC cũng là 1 chỉ số carbon hữu cơ trong đất. Hoặc trong quá trình hình thanh địa chất. Đặc biệt là đá nguồn để khai thá dầu khí với 2% mức thô tối thiểu. Đối với trầm tích bề mặt biển, hàm lượng TOC trung bình là 0.5% đại dương sâu và 2% dọc theo rìa đông.
Để tính tổng lượng carbon trong hợp chất sẽ đo lường được tổng carbon hữu cơ hiện có và tổng carbon vô cơ bổ sung. Trừ số carbon vô cơ khỏi tổng lượng carbon sẽ thu được TOC. Phương pháp này liên quan đến việc tẩy rửa mẫu axit hóa bằng không khí hoặc nitơ không có carbon trước khi đo. Được gọi là carbon hữu cơ không thể lọc NPOC.
Bài viết có thể bạn quan tâm: Tổng nitơ trong nước thải là gì? Xác định Nitơ trong nước thải
Cách phân tích TOC.
Phân tích từ môi trường.
Từ những năm 1970, kỹ thuật phân tích Toc được sử dụng để đo chất lượng nước trong quá trình lọc nước uống. TOC trong nước nguồn đến từ các chất hữu cơ tự nhiên đang phân hủy cũng như các nguồn tổng hợp. Axit humic, axit fulvic, amin và ure là những chất hữu cơ tự nhiên NOM. 1 số chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, phân bón, thuốc diệt cỏ, hóa chất công nghiệp và chất hữu cơ clo là những nguồn tổng hợp.
Trước khi nước được khử trùng, TOC giúp ước tính lượng NOM trong nguồn nước. Tại các công trình xử lý, nước nguồn phản ứng với các chất khử trùng có chứa clorua. Khi nước thô được khử trùng bằng clo. Các hợp chất clo hoạt động (Cl2; HOCl; ClO) phản ứng với NOM để tạo ra các sản phẩm phụ. Các nhà nghiên cứu đã xác định rằng, mức NOM cao hơn trong nước nguồn khi khử trùng sẽ làm tăng lượng chất ung thư trong nước uống đã qua xử lý.
Bắt đầu từ năm 2001, khi Mỹ đưa ra quy định nghiêm ngặt về nước uống an toàn. Phân tích TOC đã trở thành 1 giải pháp thay thế nhanh chóng và chính xá cho các xét nghiệm nhu cầu sinh học BOD và nhu cầu oxy hóa COD cổ điển. Giúp đánh giá khả năng ô nhiễm của nước thải.
Ngày nay, các cơ quan môi trường quy định giới hạn vi lượng của DBPs trong nước uống. Các phương pháp phân tích được công bố rộng rãi và đưa vào sử dụng. Thường là điều chỉnh lượng NOM để gnăn chặn sự hình thành các DBP trong nước thành phẩm.
Phân tích trong dược phẩm.
Các chất hữu cơ vào hệ thống nước không chỉ đến từ các sinh vật sống và các chất thối rữa trong nước. Mà còn từ các vật liệu của hệ thống lọc và phân phối. Có thể tồn tại mối quan hệ giữa nội độc tố. Sự phát triển của vi sinh vật và sự phát triển của màng sinh học trên thành ống dẫn. Và sự phát triển của màng sinh học trong hệ thống phân phối dược phẩm. Mối tương quan được cho là tồn tại giữa nồng độ TOC và mức độ nội độc tố vi khuẩn. Duy trì mức TOC thấp giúp kiểm soát mức độ nội độc tố và vi khuẩn. Từ đó, phát triển màng sinh học.
TOC đóng 1 vai trò quan trọng trong kiểm soát quá trình ngành công nghệ sinh học. Để giám sát việc thực hiện và các hoạt động của hệ thống thanh lọc và phân phối. Do nhiều hoạt động công nghệ sinh học này bao gồm việc điều chế thuốc. Do đó, FDA Hoa Kỳ đã ban hành nhiều quy định để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm được duy trì. Để không có sự lây nhiễm chéo giữa các lần chạy sản phẩm của các loại thuốc khác nhau. Các quy trình làm sạch khác nhau được thực hiện. Nồng độ TOC được sử dụng đặc biệt để theo dõi sự thành công của các quy trình làm sạch này.
Cách đo lường TOC.
Chỉ số cần đo:
Khi hoàn thành quá trình phân tích TOC. Cần đo những chỉ số sau:
- TC: total carbon – tổng lượng carbon.
- TIC: total inorganic carbon – Tổng lượng carbon vô cơ.
- POC: purgeable organic carbon – Carbon hữu cơ có thể lọc được.
- NPOC: Nonpurgeable organic carbon – Carbon hữu cơ không thể lọc.
- DOC: Dissolved organic carbon – Carbon hữu cơ hòa tan.
- NDOC: Nondissolved organic carbon – Carbon hữu cơ không hòa tan.
Để tính TOC, có thể lấy tổng lượng carbon tìm được trừ đi tổng lượng carbon vô cơ. Ngoài ra, có thể thêm carbon hữu cơ có thể xxử lý và không thể xử lý hoặc carbon hữu cơ hòa tan và không hòa tan. Công thức dưới dạng tổng quát như sau:
TOC = TC – TIC
TOC = POC + NPOC
TOC = DOC + NDOC.
Diễn giải:
TOC được đo ở các nồng độ rất khác nhau trong 1 loạt các hệ thống. Bảng dưới đây cho biết tổng mức carbon hữu cơ trong các loại nước khác nhau. Mức độ khác nhau giữa môi loại. Nhưng nhìn chung chúng dao động từ mức dưới ppb trong nước siêu tinh khiết. Thường ở các ứng dụng phòng thí nghiệm và vi điện tử. Cho đến hàng trăm ppm trong nước thải và xử lý dòng chảy.
Đối với nhiều hệ thống, chỉ riêng TOC không đủ cung cấp thông tin. Các hợp chất chứa carbon có thể ở các dạng khác nhau và tỷ lệ mỗi dạng cũng rất quan trọng.
Carbon hữu cơ hòa tan DOC thu được khi qua bộ lọc 0.45 µm. TOC cỡ hạt lớn được phân loại theo dạng hạt hoặc không hòa tan NDOC. Khoảng 50% – 70% DOC trong nước tự nhiên ở dạng axit hữu cơ cao phân tử như axit fulvic và axit humic.
Khoảng 10% TOC ở dạng keo. Chủ yếu là axit humic và các khoáng chất khác nhau. Từ 10 – 20% nữa là các phân tử nhỏ từ quá trình phân hủy chất hữu cơ.
TOC hiện nay được đo phổ biến bằng cách oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong các dạng có thể định lượng được. Nhiều phương pháp oxy hóa và phát hiện được sử dụng tùy thuộc vào bản chất và nồng độ của TOC.
Phương pháp đo lường.
- Đốt ở nhiệt độ cao 1200◦C trong môi trường giàu oxy. CO2 tạo ra được đi qua các ống lọc để loại bỏ các chất cản trở và đo bằng hấp thụ tia hồng ngoại không phân tán.
- Quá trình oxy hóa xúc tác ở nhiệt độ cao 680◦ Trong môi trường giàu oxy bên trong các ống chứa đầy chất xúc tác bạch kim. Sau đó là NDIR.
- Quá trình oxy hóa nhiệt bằng 1 chất oxy hóa học và nhiệt thường là chất nhuộm màu.
- Quá trình oxy hóa quang bằng tia UV và 1 chất oxy hóa thường là chất nhuộm.
- Quá trình oxy hóa quang bằng tia UV đơn lẻ hoặc chất xúc tác cung cấp phương pháp xác định TOC đáng tin cậy nhất, ít bảo trì khi sử dụng trong nước tinh khiết.
Phương pháp đốt 1 và 2 chủ yếu sử dụng cho nồng độ TOC cao hoặc có mức độ hạt cao. Quá trinh oxy hóa persulphat được tăng cường bằng tia cực tím hoặc nhiệt. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xác định TOC trong phòng thí nghiệm. Đối tượng là nước uống cho đến dược phẩm. CO2 được tạo ra thường được đo bằng NDIR (Non dispersive infrared – Hồng ngoại không phân tán). Hoặc bằng sự thay đổi độ dẫn điện mà nó tạo ra khi hòa tan trong 1 dòng nước tinh khiết riêng biệt.
Thanh lọc mẫu.
Để loại trừ ảnh hưởng của các sản phẩm oxy hóa khác. Không khí sẽ được đi qua màng lọc. Quá trình oxy hóa đạt hiệu quả cao cần có phương pháp bù trừ để tính mẫu trắng từ thuốc thử. TOC ở mức ppb có thể được phát hiện.
Các máy phân tích TOC đo CO2 sẽ bao gồm CO2 từ bicarbonate. Carbonate trừ khi carbon vô cơ được tính đến. IC có thể được loại bỏ bằng cách axit hóa mẫu đến pH xuống dưới 2. Nhằm giải phóng IC dưới dạng CO2 để đo hoặc thải đi. TOC không thể lọc hay còn gọi là NPOC còn lại chứa trong chất lỏng sau đó được oxy hóa giải phóng CO2 được gửi tới máy đo.
Đối với nước có độ tinh khiết cao dẫn tới độ dẫn điện thấp. Nước này sẽ có điện trở gần 18.2 Mohm.cm. Không thể chứa nồng độ đáng kể bicarbonate hoặc carbonate (hoặc các loại muối hòa tan khác) và không cần hiệu chỉnh IC. Như đã thảo luận trước đây, tất cả phép đo như vậy cần được thực hiện trực tuyến.
1 số thiết bị theo dõi TOC đã phát triển để đáp ứng nhu cầu giám sát nhanh mức TOC thấp (ppb) trong hệ thống nước phòng thí nghiệm có độ tinh khiết cao. Cần phải có phản ứng nhanh để đảm bảo các kết quả có sẵn và phù hợp với lượng nước tương đối nhỏ. Các thiết bị này, do độ dẫn điện của nước trước và sau quá trình oxy hóa. Thay đổi được hiệu chỉnh theo nội dung TOC. Do giới hạn về thời gian, quá trình oxy hóa không phải lúc nào cũng hoàn thành. Nhưng đủ cho mục đích giám sát.
Phân tích TOC trực tuyến hay trong Phòng thí nghiệm?
Phần lớn các mẫu TOC được lấy và phân tích trong phòng thí nghiệm. Khi cần phân chia TOC, chẳng hạn như NDOC. Mẫu được chuẩn bị trước khi phân tích.
Các phân tích trực tuyến được sử dụng cho các phân tích TOC cấp cao hơn khi tần suất hoặc tốc độ phân tích thích hợp hơn. Các phép đo trực tuyến cũng rất cần thiết để đo mức TOC dưới 50ppb để tránh ô nhiễm. Sự ô nhiễm này có thể do TOC không liên quan trong môi trường hoặc các vật chứa. Nhưng nghiêm trọng hơn là từ carbon dioxide trong không khí sẽ nhanh chóng hòa tan trong nước tinh khiết. Carbon dioxide can thiệp vào nhiều kỹ thuật được sử dụng để theo dõi TOC.
Nước sử dụng cho thiết bị phân tích đo lường TOC
Rõ ràng, độ tinh khiết của nước cần thiết để chuẩn bị các chất chuẩn và mẫu trắng. Hệ thống rửa và các thành phần làm sạch phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ được đo. Đối với nhiều ứng dụng, cấp độ cao hơn, được thực hiện trong phòng thí nghiệm hoặc trực tuyến, nước loại II sẽ là đầy đủ hơn.
Chất lượng nhất quán quan trọng hơn độ tinh khiết rất cao. Để xác định TOC theo nồng độ (<50 ppb) cần phải được thực hiện trực tuyến. Các yêu cầu về độ tinh khiết của nước là cực kỳ nghiêm ngặt. Vì TOC sẽ bao gồm carbon từ tất cả các loại hợp chất, chúng hầu như không có. Nên sử dụng nước có độ tinh khiết cực cao với hệ thống giám sát TOC tích hợp.
Hi vọng bài viết này của Nihophawa đã giúp bạn hiểu thêm về chỉ số TOC trong nước thải là gì? Quý khách có thể để lại thông tin, nhân viên kinh doanh sẽ tư vấn cho bạn về hệ thống xử lý nước thải Nihophawa.
