無論是市政還是工業(yè)廢水，都對人類健康構成很大風險并危害環(huán)境；因此，所有廢水在排放前都必須經(jīng)過仔細處理和密切監(jiān)測。

隨著公眾對健康和環(huán)境保護的不斷推動，廢水排放法規(guī)變得越來越嚴格。每個國家都有自己的廢水管理機構和各種排放限制，因而開發(fā)和使用了各種監(jiān)測方法。

快速準確識別污染物的方法對防止有害物排放到公共水源中至關重要。

世界衛(wèi)生組織（WHO）于1948年應運而生，旨在幫助和促進全球健康^[6]。2017年，WHO開展了一項涉及100個國家和275個國家標準的廢水排放質(zhì)量要求的研究。

該研究確定了廢水中五類常見的污染物，即化學品、營養(yǎng)物、有機物、病原體和固體，其中有機物是常監(jiān)測的類別^[28]。

有機化合物占廢水污染的很大一部分，并已監(jiān)測了100多年。世界上測量有機物含量常用的分析技術是生化需氧量BOD。^[43]

隨著技術進步，法規(guī)允許使用其他方法，例如化學需氧量COD^[44]和總有機碳TOC^[45]來評估有機污染物。

盡管BOD被普遍使用，但為了滿足合規(guī)性和過程控制的要求，從BOD/COD轉向TOC是一個新的趨勢。

有機污染物是一類污染物，由于其重要性，需要在廢水中進行監(jiān)測。然而，因為有多種有機化合物，單獨測量它們中的每一種不切實際。因此，“總和參數(shù)”的概念用于將許多具有相似質(zhì)量的化合物歸為一類：BOD、COD和TOC是常用于有機污染物檢測的參數(shù)。

20世紀初期，大量污水和有機物釋放至泰晤士河中，從英國排至大海大約需要五天時間。當微生物分解所含的有機物時，它們也會消耗水中的溶解氧含量，危害水生生物。^{[1, 48]}因此，1908年發(fā)明了為期五天的生化需氧量BOD₅測試，作為衡量水中有機污染物的一種方法。BOD₅是用于確定廢水中有機污染物含量常用的總和參數(shù)之一。該技術依賴于微生物通過消耗樣品中的氧氣來分解有機物。水樣中的大量有機物導致溶解氧消耗更大。

BOD₅測試通過測量20°C下五天培養(yǎng)期所消耗的氧氣量，提供了有機污染物的間接指示。^[43]

BOD測試的需氧量通常包括碳質(zhì)生化需氧量CBOD和含氮生化需氧量NBOD，這是由氨或其他含氮化合物的分解而產(chǎn)生的。氮需求會阻礙BOD₅測試，因此通常使用替代的CBOD方法，這需要添加抑制性化合物。^[43]

由于該測試在過去的一個世紀中得到了長久認可，BOD₅參數(shù)已納入幾乎所有全球廢水法規(guī)中。雖然得到廣泛使用，但生化需氧量仍存在許多問題。

BOD₅的一個主要缺點是取樣和獲得結果之間需要五天時間。該測試的持續(xù)時間使BOD₅無法成為用于過程控制的參數(shù)。^{[2, 8]}當污水處理廠意識到其已經(jīng)超過了污水排放限定值時，實際上其不合規(guī)的排放已經(jīng)經(jīng)過了幾天時間。^[42]

BOD₅測試的另一個主要缺點是它依賴于微生物的生長。因此，阻礙生物生長的化合物（包括氯、重金屬、堿或酸）都會影響結果。^{[8, 39]}BOD僅測量可自然降解的物質(zhì)，但有幾種微生物無法分解的有機化合物，因此BOD₅無法測定水中所有有機污染物。^[8]

由于取決于生物生長，該測試不僅遇到精度和準確度問題^{[8, 42]}，且靈敏度較差。^[42]

化學需氧量COD是另一種間接方法，用于確定廢水中的有機污染物含量。在該測試中使用化學氧化分解水中的污染物，然后測量在該過程中排出的氧氣。與BOD₅測試類似，氧氣消耗量的增加通常意味著樣品中存在更高含量的有機物。^[3]有許多不同的COD測試方法已獲批準。

開放式回流法要求樣品在重鉻酸鉀強酸中回流。由于與氧化劑短暫接觸，揮發(fā)物可能無法有效氧化。當樣品中揮發(fā)物含量增加時，密閉滴定回流是一種令人滿意的方法，因為它們與氧化劑長時間接觸。任何可以吸收可見光的物質(zhì)（例如不溶性懸浮固體和帶色組分）都會影響結果。^[44]

與BOD₅相比，COD測試有一些優(yōu)勢。其中一大優(yōu)勢是縮短了測試所需時間。BOD需要五天才能獲得結果，但COD通常只需幾個小時。^{[2, 44]}另一個好處是該測試不需要微生物生長進行氧化，因此產(chǎn)生相對可靠和可重復的結果。^[2]

與BOD只能測定可生物降解有機物的需氧量不同，COD氧化的更為*，幾乎可以氧化樣品中的所有有機物。因此，COD測試結果更高，也提供了對水中有機物含量更準確的評估。

COD測試的主要缺點是需要使用有毒化學品，并會產(chǎn)生更多危廢，包括銀、六價鉻和汞：氯化物和其他鹵化物會在不添加銀或汞離子的情況下嚴重干擾測試。吡啶和類似的芳香族化合物可能會排斥氧化并導致假的低測量結果。^[44]

多年來的技術進步，誕生了總有機碳TOC分析儀，它提供了一種測量水中有機物含量的直接方法。與BOD₅或COD不同，BOD₅或COD使用需氧量來確定有機物含量，而TOC分析儀直接測量并定量分析樣品中所含的碳。^{[42, 44, 45]}

所有TOC分析儀都是將有機物氧化成CO₂，然后可以使用電導法或非色散紅外檢測（NDIR）對其進行測量。^[45]樣品氧化的不同方法包括燃燒、紫外線過硫酸鹽和超臨界水氧化 （SCWO）。^[45]

與傳統(tǒng)的需氧量測試相比，TOC分析有許多優(yōu)勢。BOD₅只能測量可生物降解的有機物的需氧量。TOC分析儀可快速氧化所有有機化合物，以測定樣品中存在的有機物。與COD測試不同，TOC分析可以識別有機碳和無機碳之間的差異，包括碳酸鹽、碳酸氫鹽和二氧化碳。

如果樣品中揮發(fā)性有機物含量降低，分析儀可以酸化并置換出無機碳以定量分析不可置換的有機碳（NPOC）。^[43]分析儀還可以獨立評估總碳（TC）和總無機碳（TIC）以計算總有機碳。

TOC分析儀的顯著優(yōu)勢是具有更高的靈敏度和多功能性，它可以測定低至0.03 ppb和高達50000 ppm的有機物濃度。

與傳統(tǒng)的BOD和COD實驗室方法相比，TOC可在短短幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生準確的結果。TOC儀器通常有實驗室和在線型號，這使得它們成為合規(guī)性和過程控制中不可少的工具。^[43]

標準方法5310指出，“總有機碳TOC是總有機物含量更方便和直接的表達方式……TOC的測量對于水處理和廢物處理廠的運行至關重要”。^[45]

雖然BOD₅測試范圍廣且不具專屬性，但當涉及到取代這樣一個成熟的行業(yè)標準時，大多數(shù)監(jiān)管機構都會感到擔憂。但，包括美國和印度在內(nèi)的一些國家/地區(qū)了解其他測試參數(shù)的價值，并允許將BOD應用于與TOC的相關性。

正如標準方法5310A所述，“如果在特定源水的BOD、AOC或COD之間建立了可重復的經(jīng)驗關系，則TOC可用于估算伴隨的BOD、AOC或COD。必須為每組矩陣條件獨立建立這種關系”。^{[42, 45]}

制定BOD與TOC的相關性通常需要與當?shù)毓芾頇C構合作設計一項長期研究。由于BOD₅結果往往是含糊不清的，需要幾個數(shù)據(jù)點來產(chǎn)生適合于制定這種相關性和隨后的回歸曲線方程的信息。許可或管理機構必須簽署相關性。美國的許多工廠已經(jīng)開發(fā)了具體工廠的相關性，現(xiàn)在利用TOC來監(jiān)測其廢水排放。^{[16, 42]}

Inland Empire Utilities Agency是一家位于圣貝納迪諾縣（San Bernardino County）的廢水處理設施，它使用TOC來監(jiān)測其水質(zhì)。頒發(fā)給其的NPDES證書和廢物排放許可證規(guī)定：“排放者已證明廢水中的生物需氧量（BOD₅）和總有機碳（TOC）濃度之間的相關性，令執(zhí)行官滿意。”^[12]

這使得Inland Empire Utilities Agency能夠根據(jù)TOC分析確定BOD₅合規(guī)性。對于進水監(jiān)測和三級出水監(jiān)測，許可證需要每周進行一次BOD和TOC的綜合分析結果，說明“BOD₅是根據(jù)區(qū)域水務局批準的BOD/TOC相關性計算的”。^{[12, 31]}

加利福尼亞州的圣克魯斯市（Santa Cruz County）也為其污水處理廠建立了一項長期的TOC相關性研究。NPDES水排放要求文件強調(diào)了工廠對傳統(tǒng)污染物的排放限制，聲明“排放者已證明該設施的TOC和BOD之間具有充分可靠的統(tǒng)計相關性”^[32]，并批準利用TOC相關性來滿足BOD₅排放限制。

經(jīng)批準的圣克魯斯市具體現(xiàn)場的TOC相關性是：

TOC=0.4141(BOD)+4.3937。表5顯示了基于相關性的批準TOC限值。^{[32, 36]}

資料來源：蘇伊士水務技術與方案

圣克魯斯市發(fā)布的題為“更快更智能”的文章稱，“這項研究證明了通過公有處理廠為污水開發(fā)具體現(xiàn)場TOC值的可行性。”

由于TOC可帶來更短的停工檢修時間，此項開發(fā)還通過在工廠過程控制中用TOC分析代替BOD，提高了操作效率。”^[36]

隨著技術進步，世界各地的管理機構將繼續(xù)在法規(guī)中引入更準確和精確的參數(shù)。