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食品飲料行業的總有機碳TOC負荷監測

2022.4.27

簡介

食品飲料行業在生產工藝中會使用非常大量的水，作為原料、清洗溶劑或用于加熱、冷卻。在考慮清潔的水對整個生產流程有多重要時，我們必須牢記用水量及實際產品產量的比例：例如，1升果汁、紅酒或者咖啡的生產需要使用800升水，而1公斤奶酪或者茶葉則需要5,000升水或者更多。¹

食品飲料行業有四大類生產商：第一種為肉制品、家禽制品及海鮮制品；第二種為水果及蔬菜；第三種為乳制品；第四種包括其他所有飲料生產商。在生產這四類產品的工藝中，生產用水中有雜質或被有機物污染的情況并不少見。確定水中總有機碳含量水平的重要方法之一就是總有機碳（TOC）分析。

制造行業必須符合USEPA的清潔水行動（Clean Water Act-CWA）規范。為了降低成本，工廠必須優化處理流程。很多工廠為了實現優化，使用TOC監測，在確保用水質量的同時，能夠實現成本的大大節省。若企業無法達到CWA的要求，則可能因為未達標而被罰款。

圖1. 典型的水果/蔬菜加工流程²

TOC監測可在以下工藝流程中

發揮重要作用

源水：進入工廠時，源水有機物含量會發生變化。了解這些變化可以幫助確定需要哪些進一步的處理。

配料水/工藝水：驗證配料水中的碳含量可以優化清潔過程（CIP）并減少產品召回。

公用設施水：通過使用碳數據檢測公用設備水（冷卻水、蒸汽、冷凝水）的泄漏或污染物，可以保護寶貴的設備資產并防止工廠停工。

廢水/回用水：對可變的進料負荷做出反應，需要對進入廢水處理工藝的水的碳含量有所了解。經處理的廢水可重復使用。

Sievers^??M系列TOC分析儀（實驗室、在線、便攜多種型號），TOC檢測范圍0.03 ppb–50 ppm（可選擇電導率功能與4秒turbo模式），適用于源水、配料水/工藝水、公用設施水、回用水的檢測；Sievers^??InnovOx TOC分析儀（實驗室、在線兩種型號），TOC檢測范圍50 ppb–50,000 ppm，可直接檢測鹽、鹽水和復雜基質樣品，適用于廢水的檢測。

飲料生產中的TOC監測

乳制品加工中的TOC監測

廢水處理中的TOC監測

廢水處理工藝必須同時符合國際及地區規范。在生產工藝中或在廢水處理設施中，若干凈的水源被污染后未經任何處理而排放，會對健康及環境造成一系列后果。

凈水處理的第一步是過濾可疑的固體雜質，第二步是對水進行化學處理，確保排放時水中的細菌和有害化學物質最小程度地進入環境。如果水處理工藝沒有很好地控制，這會對公司的排污底限有很大的影響。未經正確處理的污水將損害與水接觸的表面物料，例如運輸管道及儲水罐等。若水處理效率不高則有可能導致工廠停產，廢水流路改造，甚至是污水的再處理。所有這些都將付出昂貴的代價。

EPA（美國國家環境保護局）確定了五類污染物必須受到控制。這包括耗氧性物質、病原體、營養物、無機物及合成有機化合物、熱量。所有這些污染物都會影響生態系統并對水質產生負面影響。這其中可以通過TOC測試監控的污染物是耗氧性物質。

過去，企業都通過一個簡單的生物需氧量（BOD）或化學需氧量（COD）的測試，來監控耗氧性物質。如今TOC儀器的便利及優勢逐漸被認可，EPA允許使用TOC儀器來監控耗氧性物質。在EPA文檔40CFR，第133.104章節，取樣及測試程序中，陳述道“若BOD:COD或者BOD:TOC的長期關聯性能被論證，TOC測試法可以取代BOD₅測試方法。”TOC分析方法更快，所需時間更短，在需要確定廢水流的組成時很有優勢。

對廢水進口流路，或“有負荷”的水，進行TOC的初始檢測。此結果將被作為基本參數，處理工廠就能了解一開始的有機物含量。確定水流中具體有多少有機碳后，能決定必須使用多少化學藥劑或過濾手段來處理污水。之后再對出口水，或者“干凈”水進行檢測。通過對出口水的檢測，處理廠能夠知道化學加藥系統是否正常有效地工作著。通過對出口水的監控，工廠能夠很好地監控藥劑使用后的效果，并逐漸修改或減少藥劑劑量。TOC的應用案例有：

原始進口水流的初次TOC測試應用 — 剛開始的產品清洗階段
合規放行中的第二類TOC測試應用 — 熱燙階段，分離階段
合規放行中的第三類TOC測試應用 — 設備使用階段，冷卻、清潔及包裝階段
合規放行中水副產物的TOC測試應用 — 環保署排污許可（NPDES）放行階段

若TOC值顯示放行已經合規，則能即刻節省處理成本。相反，若一開始的廢水流因為一些未知工藝的污染而造成TOC值上升，處理廠能基于TOC分析值即刻行動，糾正化學藥量的投放。這種實時的更改處理，既可以幫助用戶節省成本也能確保污水排放的合規性。

若食品飲料行業排放的廢水TOC值常大于200 ppm，生產商可能需要增加很多費用。市政廢水處理廠有時會因此增加額外費用，而生產商往往不認同。若排放污水中TOC值過高還可能被EPA或當地政府因違反CWA規范而處以罰款。

在廢水處理工藝中若沒有進行TOC監控，處理成本可能會增加，還有可能產生違法賠款。Sievers InnovOx TOC分析儀能夠幫助客戶監控廢水處理的各個工藝，確保廢水處理設施合法，并幫助優化藥劑的投放量，避免污水的過度處理及再處理現象。這不但節省了處理工藝中廢水停留的時間，也能實時地合理添加化學藥劑，從而達到最小化成本，最大化盈利的目的。