在自然水體的保護治理中，水質監測扮演著舉足輕重的角色。不僅關乎水生態系統健康和飲用水安全，也是影響生物多樣性的重要因素。有機物含量是水質評估的關鍵指標，其測量手段的選擇至關重要。傳統上化學需氧量（COD）一直占據主導地位，但近年來，總有機碳(TOC)以其更為科學、全面的特性，逐漸在水質監測領域嶄露頭角。

TOC和COD之間存在密切的相關性，TOC值可以轉換成COD值。TOC水質自動分析儀的應用被納入HJ355-2019《水污染源在線監測系統（CODcr、NH3-N等）運行技術規范》中，并對TOC與COD的相關轉換系數提出明確要求。

一、什么是COD

COD的全稱是“化學需氧量”，是指水中的還原性物質在外加的強氧化劑的作用下,被氧化分解時所消耗氧化劑的數量，這個指標反映的是測試的水樣中需要被氧化的還原性物質的量，一般體現的是有機物、亞硝酸鹽等物質的指標。

COD的測量方法主要有重鉻酸鹽法、高錳酸鉀法、分光光度法、快速消解法、快速消解分光光度法等等。

?CODcr的監測原理（實驗室）

重鉻酸鹽法(CODcr)的原理是在硫酸酸性介質中，用重鉻酸鉀作為氧化劑，硫酸銀做催化劑，硫酸汞做為氯離子的掩蔽劑，加熱沸騰以后，以硫酸亞鐵銨溶液滴定剩余的重鉻酸鉀，根據硫酸亞鐵銨溶液的消耗量計算水樣的COD數值。因為這種測量方法用的氧化劑是重鉻酸鉀，所以稱為重鉻酸鹽法。

重鉻酸鹽法占用的實驗空間大、化學試劑用量大，很難大批量快速測試。

?CODcr的監測原理（自動監測）

快速消解分光光度法綜合了分光光度法和快速消解法兩者的優點，是采用密封管作為消解管，取小計量的水樣和試劑于密封管中，放入小型恒溫加熱皿中，恒溫加熱消解，然后用分光光度法測定CODcr數值。

二、什么是TOC

總有機碳是指水體中溶解性和懸浮型有機物含碳的總量。水中的有機物種類很多，目前暫不能全部分離鑒定，常用總有機碳（TOC）表示。

最初，TOC主要被用作COD和BOD的替代或補充方法。隨著TOC分析儀的普及，TOC作為一個快速檢定水質的綜合指標，通常作為評價水體有機物污染程度的重要依據。

?TOC的檢測原理

水樣中的有機碳氧化轉化為CO2，在消除干擾物質后由檢測器測得CO2含量，再利用CO2與TOC之間碳含量的對應關系，對水樣中的TOC進行定量測定。

?TOC的檢測方式

根據TOC分析儀的CO2檢測方式分為三種：非分散紅外檢測、選擇性薄膜電導率檢測和直接電導率檢測。

Tip：此處以非分散紅外檢測（DIRN）為例介紹

非分散紅外檢測是根據朗伯比爾定律計算得到的CO2的濃度，將有機物完全氧化的CO2通入檢測室，利用CO2的特征吸收光得到吸光度。

TOC值可以通過差減法和直接法得出。

CODcr是消耗氧化劑的量，間接反映水中有機物含量

差減法：分別測定TC(總碳)與TIC(總無機碳)后計算（TOC=TC-TIC)

直接法：通過酸化步驟去除無機碳后直接測定TOC

三、準確性比較

CODcr則因水樣中有機物的氧化狀態不同而有所差異，無法完全反映水樣中所有有機物的總量，尤其是對于難降解或不可生物降解的有機物，它的測量結果可能不完全準確。

TOC更能直接反映水樣中的有機物總量，因為考慮水樣中的碳含量，無論是可生物降解的有機物還是不可生物降解的有機物，TOC都能反映出來。

Tip：水樣中還原性無機物、無機碳高占比未在此比較范圍內。

四、兩者關聯性

?有機物單一的水樣

若同一種廢水在對其TOC與COD的測定中它們都全氧化，則對單一有機物來說，其COD與TOC成正比例關系，對于不同的有機物其比例系數也不同。

在實際測定中由于重鉻酸鉀的氧化能力不如680℃高溫燃燒的氧化能力強，所以CODcr值與TOC值不可能完全形成成正比例關系，但卻有良好的相關性。

?有機物復雜的水樣

參照HJ353-2019《水污染源在線監測系統（CODcr、NH3-N等）安裝技術規范》附錄A明確TOC和CODcr轉換系數的確定方法。

?水樣采集與分析

在正常生產周期內，同一水污染源采集不同時間段具有一定濃度梯度的6種水樣。若水樣濃度波動較小，可通過稀釋、加標的方式制造出具有一定梯度的實際水樣樣品。

每種水樣分別采用CODcr國家標準分析方法（HJ828-2017標準）檢測3次，TOC水質自動分析儀檢測6次，并記錄有關數據。

?轉換系數的計算

高氯低濃的水樣，按照HJ 828-2017，氯離子1000mg/L以內都可以加入硫酸汞進行掩蔽，但實際上氯離子大于500mg/L，稀釋做出來的CODcr往往會偏高。

水樣中鹽分過高，對TOC的測量結果影響不大，但對TOC設備的燃燒管的使用壽命有較大影響，可稀釋后再檢測從而對TOC設備有一個較好的保護。

在HJ355-2019運行技術規范的月度檢查維護中，明確TOC水質分析儀需要定期檢查TOC/COD轉換系數是否適用，必要時進行修正。

CODcr法的水質在線自動監測儀采用加熱消解或微波消解，特別是對于很多難氧化分解的有機物，消解需要的時間和溫度都有要求，很難在1h內做到精準測量。

燃燒法TOC的優勢在于測量周期短、氧化率高；維護操作簡單，工作量小，運行成本低；測量精度高，無二次污染，滿足在線監測系統對監測頻次的要求。

對于同一類有機廢水，可以通過上述流程得到COD與TOC的線性關系，進而通過TOC水質分析儀的測定可以快速得到COD的結果。

五、TOC監測優勢

?實時監測

使用在線TOC分析儀實時監測工段出水有機物含量，快速反映水質波動，方便運行及時調整處理工藝，節省藥耗能耗。

?工藝優化

根據TOC監測數據，優化水處理工藝，如調整pH值、活性炭吸附時長等，以獲得最佳的有機物去除效果，降低運營成本。

?維護便捷

分析TOC數據的趨勢，可以預測設備的維護需求，計劃性開展維護，減少意外停機時間，延長設備壽命，降低維護成本。

?成本控制

對活性炭工段而言，通過監測TOC可以確定活性炭再生的最佳時機，避免過早或過晚再生，優化使用效率，降低再生成本。

?環保達標

監測活性炭工段出水水質，確保符合外排標準，避免因超標排放導致的環保罰款和法律風險，從而間接降低水務公司運營成本。

總之，TOC水質分析作為一種高效的檢測方式，在環境保護中發揮著重要的作用。通過監測水質、污染源、廢水處理過程及生態評估等方面的工作，為踐行“綠水青山就是金山銀山”理念提供了有力技術支持。

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