Tại sao cần giám sát tổng lượng cacbon hữu cơ TOC trong nước thải?

Ngày đăng: 28-02-2025, 4:03 pm

Có 3 lợi ích chính khi thực hiện giám sát tổng lượng cacbon hữu cơ TOC trong nước thải: kiểm soát ô nhiễm, tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải và tuân thủ các quy định về môi trường.

Phần lớn các trạm quan trắc nước thải liên tục, tự động tại Việt Nam thường thực hiện giám sát các chỉ tiêu chất lượng cơ bản gồm: pH, nhiệt độ, COD, TSS, Ammonium. Chỉ tiêu TOC thường ít được quan trắc trong nước thải nhưng nếu bạn biết được 3 lợi ích nêu trên sẽ hiểu lý do tai sao cần giám sát TOC online.

I.Tổng quan về tổng lượng cacbon hữu cơ TOC

1.1.Tổng lượng cacbon hữu cơ TOC là gì?

TOC (Total Organic Carbon) là tổng lượng cacbon có trong các hợp chất lưu cơ trong nước. Trong nước thải, TOC là chỉ số phản ảnh mức độ ô nhiễm hữu cơ. Chất hữu cơ dư thừa nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng không tốt đến môi trường sinh thái.

1.2.TOC khác gì so với COD và BOD?

TOC: Đo tổng lượng cacbon hữu cơ, không phụ thuộc vào khả năng phân hủy sinh học.
COD: Đo lượng oxy cần để oxy hóa cả chất hữu cơ phân hủy sinh học và không phân hủy sinh học.
BOD: Đo lượng oxy cần thiết để vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong nước.

So với COD (Nhu cầu oxy hóa học) và BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa), TOC phản ánh chính xác hơn về tổng lượng carbon hữu cơ mà không phụ thuộc vào các yếu tố như khả năng phân hủy sinh học. Các phương pháp thực hiện phân tích TOC thường nhanh chóng và chính xác hơn.

Trong một số trường hợp, TOC là lựa chọn bổ sung hoặc thay thế cho COD/BOD hiệu quả.

1.3. TOC trong nước thải thường xuất phát từ nguồn nào?

Các nguồn chính:

Nước thải sinh hoạt: Chất hữu cơ từ thực phẩm, chất thải con người, dầu mỡ.
Nước thải công nghiệp: Dược phẩm, thực phẩm, hóa chất, giấy & bột giấy, dầu khí chứa nhiều hợp chất hữu cơ bền vững.
Nước thải từ nông nghiệp: Phân bón, thuốc trừ sâu, chất thải thực vật phân hủy.

Cụ thể tập trung vào nước thải công nghiệp từ các nhóm ngành:

Nhóm ngành	Chất gây ô nhiễm
Dược phẩm & hóa chất	Dung môi hữu cơ (methanol, ethanol, isopropanol). Hợp chất kháng sinh, hormone, vitamin. Tá dược, chất ổn định trong sản xuất thuốc. Hóa chất tổng hợp (phenol, formaldehyde, polymer hữu cơ).
Thực phẩm & đồ uống	Chất hữu cơ từ nguyên liệu, phụ gia, sản phẩm thải bỏ Tinh bột, đường, protein từ chế biến thực phẩm. Dầu mỡ, chất béo từ sản xuất bơ, sữa, đồ ăn nhanh. Phụ gia thực phẩm (hương liệu, phẩm màu, chất bảo quản). Chất hữu cơ từ nước rửa thiết bị sản xuất.
Giấy & bột giất	Chất hữu cơ từ gỗ, hóa chất tẩy trắng. Lignin và cellulose từ bột giấy. Dung môi hữu cơ trong quá trình sản xuất giấy. Hóa chất tẩy trắng (chlorophenol, natri hydroxit). Mực in từ giấy tái chế.
Dầu khí & Hóa dầu	Sản phẩm dầu thô, dầu nhờn, phụ gia hóa dầu. Hydrocarbon (BTEX: benzen, toluen, etylbenzen, xylen). Dầu mỡ, parafin, polyaromatic hydrocarbons (PAHs). Chất hoạt động bề mặt từ quá trình tách dầu-nước. Hóa chất ức chế ăn mòn, chất chống đông.
Dệt nhuộm & Da	Thuốc nhuộm, hóa chất trợ nhuộm, chất làm mềm. Thuốc nhuộm hữu cơ (azo, indigo, anthraquinone). Chất tẩy trắng (peroxide, clo hữu cơ). Nhựa tổng hợp từ hoàn thiện vải (silicone, polyurethane). Chất làm mềm, hồ vải từ tinh bột hoặc polyme.
Điện tử & sản xuất linh kiện bán dẫn	Hóa chất xử lý nước siêu sạch, dung môi rửa linh kiện. Dung môi hữu cơ (acetone, isopropanol, MEK - methyl ethyl ketone). Hợp chất hữu cơ trong mạch in (epoxy, polyimide). Chất trợ hàn, nhựa thông (rosin-based flux). Hóa chất khử ion trong nước làm mát.
Xử lý nước & cung cấp nước sạch	Chất hữu cơ tự nhiên (NOM), sản phẩm phụ xử lý nước. Axit humic và fulvic từ phân hủy sinh học. Chất hữu cơ từ tảo, vi sinh vật. Sản phẩm phụ từ clo hóa (trihalomethanes - THMs). Hóa chất xử lý nước (polyme keo tụ, chất khử trùng).
Sản xuất sắt thép	Chất hữu cơ, dầu, kim loại, axit, phenol và xyanua

1.4. Giám sát TOC có lợi như thế nào trong quan trắc nước thải?

Để trả lời chi tiết, xác thực cho câu hỏi "giám sát TOC có lợi như thế nào?" thì trước tiên hãy xem xét vị trí giám sát TOC ở giai đoạn nào.

1.4.1 Giám sát TOC tại nước thải đầu vào

- Mục tiêu:

Xác định mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải trước khi xử lý.
Kiểm soát sự biến động của hàm lượng TOC theo thời gian thực.
Điều chỉnh chế độ xử lý phù hợp để tránh quá tải hệ thống.

- Lợi ích mang lại:

Dự báo sớm sự cố: Nếu TOC đầu vào tăng đột biến, có thể điều chỉnh liều lượng hóa chất hoặc tốc độ sục khí để cân bằng hệ thống.
Tối ưu hóa chi phí vận hành: Giúp điều chỉnh liều lượng hóa chất keo tụ, oxy hóa và chế độ xử lý sinh học.
Giám sát hiệu quả của các biện pháp tiền xử lý: Nếu TOC cao do dầu mỡ, chất hữu cơ khó phân hủy, có thể bổ sung các bước tiền xử lý như tách dầu, lọc thô.

- Ví dụ điển hình: Trong ngành thực phẩm & đồ uống, TOC trong nước thải đầu vào có thể dao động lớn do thay đổi nguyên liệu sản xuất. Việc giám sát TOC giúp nhà máy điều chỉnh hệ thống xử lý phù hợp để tránh sốc tải sinh học.

1.4.2. Giám sát TOC tại các giai đoạn xử lý trung gian

- Mục tiêu:

Kiểm tra hiệu suất của từng giai đoạn xử lý nước thải.
Phát hiện sớm sự cố trong hệ thống xử lý.

- Lợi ích mang lại:

Giám sát bể xử lý sinh học: Đảm bảo vi sinh vật có đủ nguồn dinh dưỡng và không bị sốc tải.
Theo dõi hiệu quả của từng công đoạn: Nếu TOC sau bể hiếu khí vẫn cao, có thể cần điều chỉnh thời gian lưu nước hoặc bổ sung vi sinh.
Phát hiện hỏng hóc sớm: Nếu TOC sau màng lọc RO hoặc than hoạt tính cao hơn bình thường, có thể hệ thống lọc bị bão hòa.
Tối ưu quy trình xử lý nước thải, giảm chi phí vận hành: Nếu khi TOC giảm, hệ thống có thể giảm liều lượng oxy cấp vào bể hiếu khí, tiết kiệm điện cho máy thổi khí.

- Ví dụ điển hình: Trong ngành dược phẩm, giám sát TOC sau bể sinh học giúp đánh giá khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp như kháng sinh và dung môi.

1.4.3. Giám sát TOC tại nước thải đầu ra

- Mục tiêu:

Đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường.
Tránh vi phạm quy định và bị xử phạt.
Cung cấp dữ liệu quan trắc tự động cho báo cáo môi trường.

- Lợi ích mang lại:

Đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn môi trường: Nếu TOC đầu ra vượt giới hạn, có thể cần điều chỉnh hệ thống trước khi xả thải.
Tích hợp với hệ thống quan trắc tự động: Giúp ghi nhận dữ liệu liên tục và báo cáo cho cơ quan chức năng.
Giảm nguy cơ phạt vi phạm môi trường: Nếu giám sát TOC liên tục, doanh nghiệp có thể phát hiện sự cố kịp thời trước khi xả thải.

- Ví dụ điển hình: Trong ngành giấy & bột giấy, TOC trong nước thải đầu ra có thể bị ảnh hưởng bởi lượng lignin còn sót lại. Giám sát TOC giúp kiểm soát hiệu suất xử lý trước khi xả ra sông hồ.

Vị trí lắp đặt thiết bị giám sát TOC trực tuyến phụ thuộc vào nhu cầu, mục tiêu của quan trắc của đơn vị sử dụng. Và Asin Việt Nam sẵn sàng đồng hành tư vấn giải pháp giám sát TOC chi tiết.

1.5. Các quy định hiện hành về giới hạn TOC trong nước thải công nghiệp là gì?

Tại Việt Nam, việc quản lý và giám sát Tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) trong nước thải công nghiệp được quy định trong các văn bản pháp luật và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đó là:

QCVN 40:2021/BTNMT: Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả ra nguồn tiếp nhận. Đáng chú ý, TOC được liệt kê là một trong các thông số cần giám sát, với giới hạn cụ thể như sau:

Thông số	Đơn vị	Giới hạn tối đa cho phép (mg/L)
TOC	mg/L	25 - 75

Lưu ý: Giá trị giới hạn cụ thể phụ thuộc vào lưu lượng xả thải và loại nguồn tiếp nhận.

Quy chuẩn này có hiệu lực từ ngày 01/01/2025.

II. Các phương pháp đo tổng lượng cacbon hữu cơ TOC trong nước

TOC có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau. Dưới đây là các phương pháp được ứng dụng để đo tổng lượng cacbon hữu cơ trong nước được ứng dụng.

1.Phương pháp oxy hóa nhiệt ở 1.200^oC

Đây là phương pháp tiên tiến và tối ưu nhất hiện nay được ứng dụng để đo TOC trong nước thải. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong mẫu nước thành khí carbon dioxide (CO2) bằng cách đốt cháy chúng ở nhiệt độ cao lên tới 1.200°C.

Phương pháp oxy hóa nhiệt ở nhiệt độ 1.200°C không chỉ giúp phân tích nhanh chóng và chính xác TOC mà đồng thời xác định cả chỉ số TNb hiệu quả. Tức là, phương pháp này có hiệu suất phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ và nitơ trong cùng 1 quá trình.

Thiết bị phân tích TOC được trang bị công nghệ phương pháp oxy hóa nhiệt ở 1.200^oC hoàn toàn phù hợp và tối ưu với hoạt động xử lý nước thải công nghiệp có chứa hàm lượng carbon hữu cơ và nitơ cao.

2. Phương pháp oxy hóa hóa học (UV-Persulfate)

Là phương pháp dựa trên nguyên lý dùng tia UV (185 nm hoặc 254 nm) để kích hoạt quá trình oxy hóa để chuyển carbon hữu cơ thành CO2, sử dụng đầu dò NDIR hoặc đo độ dẫn điện để thực hiện phân tích TOC.

Oxy hóa hóa hóa học là phương pháp thích hợp với nẫy nước có TOC thấp với ưu điểm không cần nhiệt độ cao và tiết kiệm năng lượng.

Thiết bị phân tích TOC trang bị công nghệ này rất phù hợp ứng dụng kiểm soát TOC trong nước sạch, nước siêu sạch, nước tinh khiết.

3. Phương pháp oxy hóa kết hợp (UV-Persulfate + Ozone)

Dựa trên nguyên lý: Kết hợp UV + chất oxy hóa mạnh (persulfate, ozone, H₂O₂) để tăng hiệu suất oxy hóa. CO₂ sinh ra được đo bằng đầu dò NDIR hoặc đo độ dẫn điện.

Phương pháp này vượt trội hơn so với phương pháp oxy hóa hóa học. Chính vì vậy, thiết bị sử dụng phương pháp oxy hóa kết hợp này khá phù hợp với ứng dụng:

Giám sát TOC trong nước uống, nước cấp cho ngành dược phẩm, sản xuất vi mạch.
Kiểm soát TOC trong môi trường có các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

4. Phương pháp Oxy hóa ướt bằng hóa chất và nhiệt độ cao (Wet Oxidation)

Đây là phương pháp thường thấy trong phòng thí nghiệm để thực hiện phân tích TOC. Nguyên lý phân tích là sử dụng axit mạnh (H₂SO₄, HNO₃) kết hợp với chất oxy hóa (K₂Cr₂O₇, persulfate) ở nhiệt độ cao (~100 - 150°C).

Trong 4 loại phương pháp nêu trên, oxy hóa nhiệt ở nhiệt độ 1200^oC là sự lựa chọn tốt nhất dành cho hệ thống xử lý nước thải.

Nếu bạn đang quan tâm tới thiết bị phân tích TOC online sử dụng phương pháp oxy hóa nhiệt dành cho hệ thống xử lý nước thải thì đừng bỏ qua máy phân tích TOC Horiba TOCADERO T1. Bạn sẽ bất ngờ hơn khi tìm hiểu kỹ hơn về model TOCADERO T1 của nhà Horiba này.

TOCADERO T1 - Thiết bị phân tích TOC & TNb ưu việt vượt trội

TOCADERO T1 - nâng tầm công nghệ phân tích TOC trực tuyến lên một tầm cao mới

Công nghệ oxy hóa nhiệt ở 1.200^oC đảm bảo oxy hóa hoàn toàn tất cả các hợp chất hữu cơ và nitơ liên kết, kể cả các chất khó phân hủy.
Quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao KHÔNG SỬ DỤNG CHẤT XÚC TÁC, giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì.
Ít sử dụng hóa chất
Ứng dụng trong giám sát đối với nhiều mẫu nước từ siêu tinh khiết, nước thải công nghiệp, nước có nồng độ muối cao.
Trang bị các tính năng IIoT/Công nghệ 4.0

Máy phân tích TOC Horiba TOCADERO T1 đạt kỷ lục thế giới với thời gian phân tích dưới 3 phút cho mỗi lần đo.

Hiện thiết bị đang được phân phối trực tiếp tại Asin Việt Nam với sự đồng hành từ chính hãng. Với chuyên môn và kinh nghiệm tư vấn, thi công lắp đặt trạm quan trắc chất lượng nước thải phong phú, Asin Việt Nam luôn sẵn sàng mang tới cho bạn các giải pháp tối ưu về giám sát TOC trực tuyến đối với nước thải, nước sạch, nước tinh khiết, nước biển.