水处理分析

// 总有机碳（TOC，Total Organic Carbon）与消毒副产物（DBP，Disinfection Byproducts）有一定的关联，因此TOC分析已成为饮用水处理厂的重要的水质分析工具。TOC本身无害，但当它与消毒剂反应时，会产生有害副产物。但是，TOC分析应用于饮用水处理，不仅是为了达到DBP限制标准或满足TOC监测要求，TOC也是优化饮用水处理工艺从而降低工艺成本的重要参数，还是水源和配水系统中水质的健康和安全指标。TOC分析在饮用水处理厂中有广泛的应用，大中小型水厂都可以在实验室中测量TOC，或在水处理过程中在线测量TOC。规则达标 - 消毒副产物 美国环保局（USEPA, United States Environmental Protection Agency ） 的 “ 安全饮用水法案（ Safe Drinking Water Act）”等法规致力于平衡微生物病原体的危害和用于杀灭微生物病原体的消毒剂产生的副产物所带来的风险。消毒副产物DBP是由饮用水处理厂的水源中天然存在的有机物质（NOM，Naturally Occurring Organic Matter）在消毒过程中同消毒剂反应而产生的。TOC被世界公认为可以用来确定水中NOM含量的参数。当水通过水厂的配水系统时，就会不断产生卤代乙酸（HAA，Haloacetic Acids）等DBP。而包括氯仿在内的等另一类DBP三卤甲烷（THM，Trihalomethanes），是由天然含有溴和氯的TOC相互反应而产生（见图 1）。图1：由TOC、溴化物、氯形成的THMEPA认为，TOC是DBP的前体，可以在实验室或在线进行监测，以预测配水系统中的DBP含量。在饮用水处理过程中，应去除大部分的TOC以降低DBP含量。去除TOC的方法很多，包括凝结法、颗粒活性炭（GAC，Granular Activated Carbon）过滤法、阴离子交换法等。降低成本 - 优化处理如今，饮用水处理厂面临巨大的压力，不仅需要满足日益严格的水质要求，还要削减生产成本。许多水厂采用TOC监测法和工艺优化来生产高品质水，同时大幅降低各个处理工艺的成本。凝结凝结是去除TOC的主要处理过程之一。凝结之后通常是絮凝沉淀和澄清，这三种预处理过程合在一起称为常规处理。美国的常规处理设施必须根据源水的碱度和TOC浓度达到一定的TOC去除率。常用的凝结剂是硫酸铝（即明矾）、氯化铁、硫酸铁、聚氯化铝（PACl）。在选择凝结剂及其用量时，除了应考虑要求达到的水质外，还应考虑其它因素，如pH值、碱度、温度、沉淀物产生量等。可以通过烧杯试验、试点试验、或全面优化来测试凝结方案的效率，但上述测试必须包括TOC和浊度，才能有效评估方案成功与否。活性炭活性炭是由木头、泥炭、煤炭、椰子壳等制成的加工碳。活性炭非常多孔，有很大的单位表面积来吸附溶解的有机物、有味道或气味的化合物、以及某些消毒副产物。饮用水处理厂最常使用颗粒或粉末状活性炭。粉末活性炭（PAC，Powder Activated Carbon）PAC是粉末状活性炭，有极细小的颗粒，用于季节性或短期性目的。可以批量购买PAC，通常将PAC直接加到水处理流程中。PAC的入口通常是原水取水口、快速混合池、澄清池。通常在凝结和絮凝之前将PAC加入水中，然后同沉淀物一起清除掉。PAC主要用于解决味道和气味问题，或作为助凝剂为形成凝结提供依附核。在使用PAC去除TOC时，首先必须知道单位PAC能够去除多少TOC，这样才能优化PAC添加工艺。颗粒活性炭（GAC，Granular Activated Carbon）与PAC相比，GAC的颗粒较大，因此有较小的单位表面积。GAC通常用于代替过滤器中的沙子或无烟煤，是解决水质问题的长期方法。GAC的吸附效率随着时间的推移而降低，最终需要更换或恢复活性。为了确保GAC过滤器有效去除原水中的污染物以达到水质要求，经常需要进行水质监测（如TOC分析）。在用GAC去除溶解的有机物时，如果出现TOC峰值，则表示需要更换或再生活性炭。离子交换离子交换是指用专用的树脂通过吸附作用从水中去除带电的污染物颗粒。离子交换通常用于去除无机物，但如今开发出了专门用于去除有机物（如腐殖酸）的阴离子树脂。当水通过阴离子树脂时，树脂表面上的带电离子同带电的污染物发生交换。通常用盐水（氯化钠）来再生离子交换树脂。无论采用哪种优化处理方法或测试优化的技术，成功的关键都在于使用正确的分析工具。图2显示了TOC分析可用于常规水处理厂的许多水点。图2：饮用水系统中的TOC紧缩您的工艺 – 消毒技术当水中的铁或锰的含量较高时，消毒剂的消耗就会高。TOC也是一种消耗消毒剂的物质。在水处理过程中，TOC的去除率越小，消毒剂的用量就越大，所需费用也就越多。实际上，消毒剂是TOC等物质的氧化剂，TOC能够消耗本应用于消毒的消毒剂，因此在设计消毒工艺时应考虑水中的TOC含量。许多水厂为了避免产生较多的DBP，用氯胺替代氯。这样一来就能减少THM和HAA的产生，却又可能产生其它尚未规定的DBP。人们已知氯胺能形成多种非卤化DBP，如碘酸和亚硝胺。碘酸是毒性最强的DBP之一，能损伤DNA。而N-亚硝基二甲胺（NDMA）等亚硝胺的致癌性比THM还要高很多倍。此外，TOC在氯胺化的过程中起关键作用。当水厂在加氯的下游添加氨时（这是常见的消毒做法），如果水中的TOC含量不稳定，就会发生硝化。TOC是一种能消耗氯的物质，因此会改变氯与氨的比例。如果水中的氨过量，就会导致硝化。保护公共安全配水系统安全监测USEPA发布了“水安全倡议：污染预警系统规划临时指南（Water Security Initiative: Interim Guidance on Planning for Contamination Warning System Deployment）”，以帮助饮用水处理厂提高检测有意或无意的配水系统污染的能力。USEPA过渡指南（USEPA’s Interim Guidance）将TOC、氯、电导率定为检测污染物的三项最重要指标。为了确保公共饮用水的安全，操作人员需要一种能够监测配水系统中TOC变化而又无需用户过多干预的工具。测量差异环境变化对地表水的影响饮用水中的TOC主要来自自然界中腐败的植物（包括水中的藻类、沉淀物、颗粒等）。水源中的TOC含量因地区而异。结论TOC分析是一种操作工具，有广泛的应用。人们普遍认为TOC分析能够帮助水厂达到DBP法规要求，还有助于优化工艺、节约成本。除了以上两个应用之外，TOC分析还用于监测水源和配水系统的水质，并最大程度地优化消毒工艺。为了充分用好TOC分析这个重要工具，必须选用使用便捷的分析仪，该分析仪无需用户过多干预，且具有成熟可靠的技术（例如Sievers® TOC分析仪）。Sievers TOC分析仪不用外部试剂，无需载气，有12个月的校准稳定性，目前在全球数百个城市中广泛使用。Sievers TOC分析仪有在线型、实验室型、便携式三种配置，可用于任何水应用场合。Sievers TOC分析仪的操作员能够灵活选择在线运行或简单吸样检测，从而确保达到理想的TOC去除率和DBP控制，并节省成本。◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！

溶解氧是指水中溶解的氧气含量，它对于工业用水处理和环境生态都非常重要。在工业用水处理中，溶解氧的含量直接影响到水处理的效率和效果。如果水中溶解氧含量过低，就会导致水体腐败、异味和污染环境；如果水中溶解氧含量过高，就会导致水生生物缺氧而死亡。因此，准确监测水中溶解氧含量是非常必要的在污水处理过程中，溶解氧是一个非常重要的参数。在线溶解氧分析仪可以实时监测水中溶解氧含量，为污水处理提供准确的数据支持，帮助管理人员调整曝气量等参数，确保污水处理的效率和效果。化工行业是工业用水处理中另一个非常重要的领域。在化工生产中，需要用到大量的水和电，如果用水不当会导致生产成本的增加和环境污染。在线溶解氧分析仪可以实时监测化工生产过程中的水质量，保证产品的质量和生产过程的稳定性。电力行业是工业用水处理中非常重要的一个领域。在火力发电等发电过程中，需要用到大量的水来进行冷却和循环，如果用水不当会导致发电效率下降和环境污染。在线溶解氧分析仪可以实时监测发电过程中的水质情况，保证发电效率和生产过程的稳定性。

“十三五”：特殊的历史时期无论是环境管理还是宏观经济的发展，“十三五”都将是个特殊而关键的时期。环境方面，未来几年可能将是我国环境改善最重要的时期。虽然民众依然对雾霾等环境污染问题抱怨不绝。但事实上在“十二五”中后期，工业废水，市政污水中的某些污染物，工业废气的大部分污染物的排放量都已经过了峰值，呈现逐年减少的趋势（见图1）。换言之，我国相当一部分污染物的排放曲线已经接近，甚至越过了峰值。但这一减排成果并未直接导向环境质量，特别是可观察到的环境质量的全面改善。除了环境的自我恢复需要时间等客观原因之外，环境保护政策的科学性和政策的执行中存在的不规范、不合法乃至一些黑箱操作使环境治理的效果打了折扣。但值得庆幸的是，情愿或者不情愿，主动或者被动，这些不规范不合法在追问下逐渐被纠正，这些黑箱开始被打开。正因此，未来几年将是污染物控制的效果体现、扭转环境恶化趋势的关键时期，或者说是将纸面上的减排数字落实到普通民众可及的生态环境质量改善的关键时期——如果目标未实现，近年来的污染物控制工作将受到非常大的质疑，而若成功，则越过“环境库兹涅茨曲线”顶点将顺利实现，我国生态环境将全面进入良性循环轨道。经济方面，“十三五”前期将是我国经济增速换挡的关键节点。此阶段将是我国调整产业结构，淘汰落后产能，在众多行业将粗放式发展模式转变为精细化发展模式，实现供给侧改革的最好时机。“绿色发展”、“生态文明建设”等众多官方提法也正说明提升环境资源利用效率，降低发展中的环境代价是“十三五”阶段经济发展的主题之一。总而言之，“十三五”的五年将是我国环境管理和经济发展的质变期，这也是环保产业发展的难得机遇。 环境治理改善目标的理想与现实“环保工作思路将由污染物控制单核心转变为环境质量改善和污染物总量控制双核心。”这一表述在近期官方发布的各类规划和纲领性文件中都有所体现。“水十条”等相关文件也为环境质量改善这一目标规划出了大致的阶段目标：2020、2030、2050年分别实现水环境质量阶段性改善，总体性改善以及生态环境质量全面改善。也即一个三步走的路线图：全面扭转排污曲线；进入环境自净能力范围，环境进入良性轨道；污染问题得到解决，真正实现绿色可持续发展。官方同时也给出了实现这一目标的基本路径：通过控制各类污染源的污染排放、经济转型等措施实现污染物排放总量的降低；同时通过海绵城市建设、人工湿地建设等措施，培育和改造水生态空间，实现环境容量的增加。分子减小分母增大，水环境治理实现改善。然而，看上去美好的的路线图和方法论落实到执行层面就显得非常现实。今年11月，环保部发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准（征求意见稿）》拟对现行的市政污水排放标准进行修订，水处理行业将可能迎来第四次提标。意见稿中值得关注的点包括：增加污染物控制项目，基本控制项目增加总镍、苯并(a)芘两项，选择控制项目增加39种金属、有机污染物等；此外，新标准还将在（特别规定的）环境敏感区实行特别排放限值，特别排放限值的大部分主要项目为最严的一级A标准的一半左右，总体与地表水IV类体水质标准相当。根据时间表，如果顺利通过的话，修订后的标准将在明年7月1日起开始实施。此次近乎严苛的标准修订引起了行业内外广泛的讨论和质疑，争论的焦点主要在于，我们目前的排放标准已经与发达国家水平相当，甚至还稍严于国际平均水平，再“贪严”地提高标准将与绝大多数污水厂实际运营情况严重不符，大量污水厂微利空间将进一步被压缩，如此大的代价之下，能取得的效果又难以预计和评估…无论如何，趋严的标准，对于一些环保企业，尤其是众多中小型技术企业而言，无疑是一个利好消息。比如对于实行特别排放限值的地区，膜技术几乎是唯一的工艺选项。具有高技术含量产品及服务的企业，将从提标改造及高标准的新建项目中分得可观的市场蛋糕。同时，高技术附加值的企业也将更加获得投资机构及大型环保企业的青睐。环保产业的“大小”合作，“资本”和“技术”合作都将更加频繁和紧密。 PPP模式：从投融资创新到管理理念变化关于“十三五”的环保规划，动辄数万亿的投资计划令人瞩目。官方口径给出的预测是：至2020年，将有4~5万亿投资以践行水十条相关规划。如此体量的资金应将以政府投资引导社会资本投资的形式完成。在当前背景下，PPP模式将是实现该投资的最好途径。经过长时间的积累和发酵，PPP模式在各类公共服务领域释放出了惊人的量能。截止2015年底，全国各地推出的PPP项目已接近万个，总计划投资额达到了10万亿元的规模。而环保项目则是数量最多的项目类型之一。PPP潮虽然由政府项目投融资需求催生，但这不应成为PPP的目的，其落脚点应为通过引入社会资本，及专业服务商提升公共服务效率和质量。这一环境管理理念的变化将是环保产业走向市场化，潜在市场空间全面打开的根本条件。 细分市场大门的打开：新兴市场走向成熟“十三五”期间，环保行业发展的一个显著特征将是众多细分和新兴领域市场大门的打开。水处理行业尤为如此。除已提到的膜技术领域以外，海绵城市、农村水环境治理、城市黑臭水体治理、地下水修复、工业零排放等细分子行业都在“水十条”及相关规划政策中被重点提及。这些行业的政策环境、技术环境及社会环境都将在未来几年逐渐走向成熟，其所蕴藏的巨大市场体量也将逐渐得到进一步释放。在此过程中，将出现大量“从0到1”以及“从1到n”的创业及投资机会。从新三板挂牌环保企业极其丰富的业务形态和商业模式可以看出，有众多的中小型环保企业正在新兴产业的土壤上茁壮成长。而从近期首创、北控乃至聚光科技一系列投资与并购举措来看，大中型环保企业也正对这些新兴市场进行积极的布局。这些细分领域将成为未来几年各类型各体量环保企业进行竞争及合作的重要舞台。 强调系统治理与管理：治污小项目到服务大项目“系统治理”是“十三五”期间环保政策所强调的另一个重点。“系统治理”的意义非常广泛，既包括管理层面重点区域的系统治理、重点流域的系统治理、重点行业聚集区（工业园区）的系统治理；也包括治理对象上，地表水与地下水的系统治理，淡水和海水的系统治理，灰水和黑水的系统治理等。强调系统治理，解决的是头痛医头脚痛医脚、重复建设重复投入以及各扫门前雪，效率低下等环境管理上的问题。落实到企业和项目层面。近一两年一个突出的趋势是，过去分散的单个的环保工程项目正被大型化综合化的环境服务大项目所取代。以水处理领域为例，过去环保企业获得的多为污水处理、供水等单个的项目合同，而自2015年以来，涵盖水体修复、大型污水厂建设运营、海绵城市建设、工业园区水处理、再生水等众多内容的区域性环境战略合作协议大行其道。前者通常投资额为数千万至数亿元不等，而后者则能达到数十亿元的规模。虽然也有分析人士指出，纸面上的天价投资额难于实际足额落地，但不可否认的是，地方环境管理者（政府）希望将专业化市场化的环保公司更加深入得引入到环境管理工作中，从过去采购设备和工程变为采购服务以获得更高的环境绩效已成为大势所趋。