TOC چیست؟

همانطور که میدانیم، تمامی مواد آلی دارای کربن در ترکیب شیمیایی خود هستند.TOC مخفف total organic carbon یا کربن آلی کل است که به عنوان مقدار کربن محدود شده در یک ترکیب آلی تعریف می شود و اغلب به عنوان یک شاخص غیر اختصاصی کیفیت آب استفاده می شود. در واقع مقدار TOC میتواند اطلاعاتی در مودر مقدار مواد آلی موجود در نمونه به ما ارائه دهد.

TOC چطور وارد آب میشود؟

TOC منشاء مختلفی دارد: منابع طبیعی و صنعتی. مثلا آلودگی رودخانه به فاضلاب تصفیه‌نشده  و یا چه نفتی که به آب‌های زیرزمینی نفوذ می‌کند. برخی از فرآیندهای صنعتی با آزاد کردن رنگ‌ها، حلال‌ها، آلرژن‌ها و میعانات آلوده در منابع آب باعث افزایش TOC میشوند. میکروارگانیسم ها و باکتری ها، به ویژه در هنگام تجزیه مواد آلی، نیز میتوانند باعث تغییرات  سطوح TOC شوند. 

TOC چه اهمیتی در آب و فاضلاب دارد؟

اندازه گیری کل کربن آلی (TOC) در آب نشان دهنده سطح آلاینده ها یا مولکول های آلی موجود در آب است. اندازه گیری TOC در آب به سازمان ها کمک می کند تا بفهمند آیا آب برای نیازهای خاص آنها مناسب است یا خیر. TOC تعیین نمی کند که کدام ترکیبات وجود دارد، بلکه فقط مقدار ترکیبات را تعیین می کند. مشکل TOC ها زمانی شروع می شود که هنگام گندزدایی آب با کلر ترکیب می شوند و یک اسید هالواستیک یا تری هالومتان کل(TTM) را تشکیل می دهد; یک محصول جانبی ضدعفونی  (DBP) که منجر به خطرات زیست محیطی و سلامتی می شود. خطراتی از جمله: سرطان مثانه، مشکلات تولید مثل،عوارض بارداری

هر چه سطح TOC در آب تصفیه نشده بالاتر باشد، DBPs های تولیدی نیز در آب تصفیه شده بالاترخواهد بود. به علاوه خلوص آب در تعدادی از صنایع در سراسر جهان، به ویژه صنعت داروسازی، تولید برق و تولید نیمه هادی ها ضروری است. باکتری ها و ترکیبات آلی موجود در آب می توانند به سیستم های صنعتی آسیب برسانند، کیفیت محصول را تحت تاثیر قرار دهند و حتی منجر به آسیب های زیست محیطی شوند.یکی از راه های مبارزه با این مسائل بالقوه اندازه گیری (TOC) آب است.

چطور میتوان TOC را حذف کرد؟

روش های مختلفی برای کاهش TOC وجود دارد، از جمله نور ماوراء بنفش (UV)، اکسیداسیون پیشرفته، تبادل یونی و فیلتراسیون غشایی.

کاهش TOC با UV 
اشعه ماوراء بنفش تشکیل رادیکال های آزاد را افزایش می دهد و در نتیجه مواد آلی را به آب و دی اکسید کربن اکسید می کند. نور UV با طول موج 254 نانومتر معمولاً در عملیات گندزدایی آب استفاده می شود. راندمان UV ممکن است از طریق افزودن ترکیبات پرسولفات تقویت شود.

اکسیداسیون پیشرفته(AOP)
اکسیداسیون پیشرفته باعث تولید رادیکال های هیدروکسیل میشود بنابراین هزینه موارد شیمیایی مورد نیاز بر سیستم تحمیل خواهد شد. با این حال، رادیکال‌های هیدروکسیل از قوی‌ترین آنتی‌اکسیدان‌ها هستند. آنها با وارد کردن دقیق پراکسید هیدروژن، ازن یا اکسیژن به فرآیند تصفیه آب تولید می شوند. این فرآیند قادر است برخی از ترکیبات آلی را از بین ببرد. در شرایط ایده آل، سطوح آلاینده از صدها قسمت در میلیارد به کمتر از پنج ppb کاهش می یابد.

فیلتراسیون غشایی
وقتی صحبت از غشاهای مورد استفاده در تصفیه آب می شود، هر دو نوع کم فشار و فشار بالا وجود دارد. اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF) سیستم های فشار بالا هستند، در حالی که میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) سیستم های فشار پایین. تفاوت هابین این دونوع قابل توجه است. غشاهای کم فشار معمولاً بین 10 تا 30 psi کار می کنند، در حالی که غشاهای فشار بالا معمولاً در 75-250 psi.

تبادل یون
 حذف TOC از طریق معرفی رزین های آنیون پایه قوی استایرنیک و اکریلیک نیز امکان پذیر است. منافذ بزرگ در این رزین ها مولکول های آلی بزرگ را جذب می کنند. می توان از این ستون ها در طی سالیان سال پس از احیا استفاده کرد. استفاده از این گونه رزین ها ممکن است از نظر اقتصادی در تصفیه خانه های بزرگتر آب شهری مقرون به صرفه باشد. البته به دلیل خطراتی مثل نشت ستون و ورود مواد آلی در بستر به محیط آب، WHO استفاده از این رزین ها را برای تصفیه آب آشامیدنی پیشنهاد نمیکند.

روش اندازه گیری TOC به چه شکل است؟

TOC به طور جهانی با اکسید کردن ترکیبات آلی موجود به شکل هایی که می توانند کمی سازی شوند اندازه گیری می شود.
بسته به ماهیت و غلظت TOC اندازه گیری شده و نیازهای تحلیلی (مانند سرعت، حساسیت) از انواع روش های اکسیداسیون و تشخیص استفاده می شود.

  1. احتراق در دمای بالا در 1200 درجه سانتیگراد در فضای غنی از اکسیژن. CO2 تولید شده برای حذف تداخل از لوله های اسکرابر عبور داده می شود و با جذب مادون قرمز غیر پراکنده (NDIR) اندازه گیری می شود
  2. اکسیداسیون کاتالیزوری در دمای بالا در دمای 680 درجه سانتیگراد در یک محیط غنی از اکسیژن در داخل لوله های پر شده با یک کاتالیزور پلاتین و به دنبال آن NDIR.
  3. اکسیداسیون ترموشیمیایی با گرما و یک اکسید کننده شیمیایی، معمولاً پرسولفات.
  4. اکسیداسیون فتوشیمیایی با اشعه ماوراء بنفش و یک اکسید کننده شیمیایی، معمولاً یک پرسولفات.
  5. اکسیداسیون نوری توسط نور ماوراء بنفش (UV) به تنهایی یا با یک کاتالیزور. روش اکسیداسیون اشعه ماوراء بنفش قابل اطمینان ترین روش برای تعیین TOC در آب های فوق العاده خالص را ارائه می دهد.
     

روش‌های احتراق (1 و 2) عمدتاً برای غلظت‌های بالاتر (ppm یا بیشتر) TOC یا در جاهایی که سطوح بالایی از ذرات وجود دارد استفاده می‌شوند. اکسیداسیون پرسولفات،  UV یا گرما، به طور گسترده ای برای تعیین TOC آزمایشگاهی در بسیاری از انواع آب از جمله انواع آب آشامیدنی تا دارویی و الکترونیکی استفاده می شود. CO2 تولید شده معمولاً با NDIR یا با تغییر رسانایی که هنگام حل شدن در جریان جداگانه ای از آب خالص ایجاد می کند اندازه گیری می شود. برای حذف اثر سایر محصولات اکسیداسیون، گاز ممکن است از یک غشاء عبور کند. 

تمام آنالایزرهای TOC که CO2 را اندازه گیری می کنند شامل CO2 از بی کربنات ها و کربنات ها هستند مگر  کربن معدنی (IC) در نظر گرفته شومد. IC را می توان با اسیدی کردن نمونه تا  PH=2 یا کمتر حذف کرد تا IC به صورت CO2 آزاد شده و سپس اندازه گیری شود. سپس TOC غیر قابل تصفیه (NPOC) موجود در مایع، اکسیده می شود و CO2 آزاد می کند که برای اندازه گیری به آشکارساز ارسال می شود.

وضعیت برای آب های با خلوص بالا با رسانایی کم تا حدودی متفاوت است. آب با رسانایی  کم (مقاومت نزدیک به 18.2 Mohm.cm) نمی تواند حاوی غلظت قابل توجهی از بی کربنات ها یا کربنات ها (یا سایر نمک های محلول) باشد و هیچ اصلاحی برای IC لازم نیست. 

 

در ادامه شماتیکی از دستگاه TOC analyzer از برند شیمادزو رو میتونید مشاهده کنید که در آن از فرآیند احتراق استفاده میشه.