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總有機碳TOC分析提高食品飲料生產中水處理工藝的質量與合規性
為了實現生產和利潤目標，食品飲料制造商面臨著如何改進其生產工藝的挑戰。保持競爭力還意味著必須確保工廠遵守法規，優化廢水處理工藝，并且保證鍋爐、換熱器、處理設備和產品儲罐等資產的安全。食品飲料行業的成功取決于質量管理、保持高質量的產品和良好的品牌形象。
水質監測和高效分析工具的使用，能夠清楚地了解工藝狀態，使生產廠家能夠發現各種變化。這類措施有助于降低污染、產品損失和高額罰款帶來的風險。
總有機碳TOC分析提供了檢測水質的一種簡便方法，提供對所有有機物的清楚了解——從生產原料到廢水處理的各種成分。實時跟蹤有機負荷的變化，把數據驅動的決策工具提供給食品飲料生產廠，非常適合用于質量控制、工藝監測和法規的合規性。
通過即時檢測到泄漏，食品飲料廠可以快速調整，從而有助于防止污染，最大限度地降低產品不合格的風險。否則，生產廠家就需要銷毀產品，承擔財務損失。如果泄漏未被發現可能導致產品召回，對品牌形象造成很大影響。實時檢測泄漏對于保護資產免受有機物污染、避免可能導致數百萬元成本的損壞、停機或災難性問題也至關重要。
由于食品飲料產品基本上都是有機物，或含有香料、色素等有機成分，因此TOC分析對于確定設備的清潔度非常有效，從而可以保證產品質量和安全。此外，作為一種基于前瞻性的解決方案，TOC分析能夠為提高廢水處理效率提供關鍵的深入了解，實現長期的成本節約，并確保處理后的廢水符合特定的水質標準。
來看幾個TOC分析
如何幫助食品飲料行業運營的實際案例。
灌裝公司優化膜生物反應器MBR
廢水處理工藝
由于產量增加，在一家大型灌裝公司內，其廢水處理系統已無法跟上由此產生的高濃度有機物和固體含量的廢水處理量。由于流入液體的成分變化很大，包括糖分和裝置流量的巨大波動，使操作的一致性更為復雜。結果，化學需氧量（COD）無法滿足當地法規要求，該工廠經常排放超出允許限值的廢水。該廠以前使用人工檢測COD的方法，需要3個多小時才能得到檢測結果，這些數值無法用于及時的工藝調整。
由于缺乏空間且生產設備的波動很大，工廠擴建不可行，因此進行了技術改造，把濃縮的有機物和高COD廢水改道儲存起來。這樣可以在低濃度廢水流動期間，把高濃度的廢水緩慢地計量送回到工藝中。該灌裝廠還決定增加一臺膜生物反應器（MBR）廢水處理系統，因為MBR裝置占地面積小。
為了維持健康的生物量，灌裝廠的應用需要保持100:5:1的碳/氮/磷比例。由于碳的可變性最大并且濃度最高，灌裝廠選用TOC分析，以便連續監測有機碳負荷。在必要時，向均化池中添加氨產品，以保持營養成分的平衡比。在這里，TOC分析——將程序設定為輸出線性COD值——被用于工藝控制輸入，以便隨著COD的變化加入氨。
一旦穩定下來，MBR系統通過大幅度降低出水中的總懸浮固體量（TSS）和大大提高COD去除率，提高了工廠效益。這一綜合解決方案每年為灌裝廠節省了用于昂貴化學品、廢物運輸和罰款的數十萬美元。
制糖廠防止成本高昂的產品泄漏
哥倫比亞有一家著名的制糖廠，每天可為國內外客戶加工約4300噸甘蔗。鑒于其大規模的產能，優化生產并防止有價值的產品泄漏到工藝流中，至關重要。
把甘蔗加工成暢銷的商品需要經過研磨、澄清、過濾、蒸發、結晶、離心等一系列步驟。蒸發過程包括一個多級的蒸餾系統來濃縮糖汁。第一級通過由鍋爐提供的干凈蒸汽源，把得到的蒸發物加入到下一級，繼續穿過所有步驟。來自末級的蒸汽用一臺氣壓冷凝器冷凝，并被收集在冷卻罐中。收集每個階段的冷凝水，并將其加入到冷卻罐中，供以后用作冷卻水。
為了保護設備資產，降低產品和利潤損失的風險，非常重要的一點是這些冷凝水不能含任何糖或糖汁。所以，高效的泄漏監控十分重要。及早發現產品泄漏，有助于制糖廠在發生損壞或承擔成本損失之前，就能停機、切換產線或改進裝置運行。
該制糖廠以前使用 pH、電導率、堿度、錘度和高效液相色譜（HPLC）分析來確定產品的泄漏。但由于在環境條件下，糖是pH中性的非離子物質，所以這些方法大多不適合檢測泄漏。此外，在高壓和高溫的生產過程中，糖開始分解成有害化合物，這可能導致設備中的沉積、腐蝕和結垢。在糖分解后，也找不到其HPLC的特征峰。基于這些因素，需要一種快速、準確的糖濃度檢測方法。
作為由碳、氧和氫組成的碳水化合物，通過匯總TOC參數的檢測值，可以很容易地檢測到糖，從而準確地量化溶液中所有的有機化合物。該制糖廠投資進行TOC分析以表征和描述其系統，從而建立蒸汽、冷凝水和冷卻水的控制限值，優化生產，并使盈利能力最大化。
制糖工藝的蒸發段包括連續蒸汽和冷凝水的反復加熱和冷卻，是該制糖廠監測糖泄漏的關鍵點。通過在這些關鍵步驟中使用TOC監測，該制糖廠能夠實現盈利和維護環境及運營的目標。
食品飲料公司提高了
清潔周期的效率和質量控制
在美國加利福尼亞州有一家食品飲料公司，每年生產350多種不同產品，其想要尋求新的工藝工具，以提高產品質量和安全性。雖然以前使用ATP拭子微生物試驗以檢測微生物污染，但該公司仍多次遭遇質量問題和產品損失。
為了改善清潔過程的質量控制，該公司在滅菌之前，針對在線清洗（CIP）循環后的沖洗樣品，使用TOC分析進行監測，以驗證其生產設備的清潔度，確保不浪費時間去消毒還未清潔干凈的設備。雖然有些技術可用于檢測設備上的微生物污染（如ATP拭子試驗），但這些試驗缺乏殘留污染物所需的準確性和選擇性，容易出現假陽性的誤報。
在進行TOC分析后，該公司將TOC分析與ATP拭子試驗進行了對比。ATP拭子試驗的結果合格，表明：在線清洗循環之后，該設備沒有微生物污染。但TOC分析表明，同一設備具有有機殘留物（這也得到了目視檢查操作人員的證實）。在使用TOC分析之前，該公司曾使用ATP數據來確認清潔度然后滅菌，導致工廠使用未清潔干凈的設備生產后續批次產品，引發產品質量的不合格。
另一個應用領域是，
在設備長時間閑置之后確認其清潔度。
這家工廠估計，在設備閑置時間超過規定的保存時間之后，通過減少工人清洗該設備的次數，在水費、人工費和化學品費用方面每月將節省10000多美元。
這家位于加州的工廠，在36小時的生產過程中，要生產多達50批次產品。在該過程中，任何導致產品損失的問題至少要花費20萬美元。由于在滅菌前確定設備清潔度的過程中，TOC分析比其它工具更準確，這家工廠現在可以把財務損失和產品召回的風險降到最低。
由于該公司還希望減少生產過程中的用水量，TOC分析有助于優化在線清洗循環，并有可能確認：縮短的清洗周期也足以清除設備中的所有污染物。縮短在線清洗周期——即使只有幾秒鐘——久而久之，就可以從減少用水量中明顯地節約成本。該公司還計劃對沖洗的樣品進行TOC分析，對整個生產和清潔過程中的生產設備進行故障排除，并確定可能的優化點。
結論
通過采用TOC分析進行實時有機物監測，工廠管理層可以更好地了解碳負荷，以確保水質持續優化并確保沒有有機污染。這種快速發現問題，并在造成損失之前立即采取糾正措施的能力使食品飲料廠能滿足產品質量要求，避免影響品牌形象，觸及質量底線。
原文英文版刊登于《Water?Technology》2019年9月刊
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