基于最優(yōu)除銻效率的污水凈化技術(shù)方案優(yōu)選

朱莉莉+潘楊

摘 要：本研究以碳棒、碳纖維、超濾膜、納濾膜、反滲透膜、納濾膜+碳纖維及反滲透膜+碳棒為主要凈化技術(shù)方案，以銻、耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻為觀測(cè)指標(biāo)，引入熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型，對(duì)不同凈化技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)選和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型將主觀權(quán)重與客觀權(quán)重有機(jī)結(jié)合，提高了優(yōu)選結(jié)果的科學(xué)性和可靠性。本研究中，以除銻效果為主要導(dǎo)向，綜合凈化效果最優(yōu)的技術(shù)方案為反滲透膜+碳棒，次優(yōu)方案為反滲透膜，超濾膜凈化效果較差。研究結(jié)果可為銻污染的防治和管理提供有益參考。

關(guān)鍵詞：銻；凈化；熵權(quán)系數(shù)；優(yōu)選

我國(guó)銻生產(chǎn)企業(yè)有約300家，這些企業(yè)大多是中小型企業(yè)，設(shè)備和技術(shù)均相對(duì)落后。對(duì)此類企業(yè)排放的含銻廢水，如不加以嚴(yán)格管理和控制，將會(huì)對(duì)納污水體的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，并直接威脅飲用水安全[1-2]。國(guó)家環(huán)保部近期對(duì)《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4287-2012）進(jìn)行了修訂，將銻排放控制單列，并設(shè)定排放限值：增設(shè)“總銻”的排放控制要求，直接排放與間接排放限值均為0.10 mg/L，排放監(jiān)控位置為“企業(yè)廢水總排放口”。

目前，銻去除效果的試驗(yàn)研究仍主要以單一處理方案為研究對(duì)象，關(guān)于不同方案除銻效果的比較和分析以及方案優(yōu)選的報(bào)道還很匱乏。另外，多數(shù)研究在考察銻去除效果時(shí)僅以“銻去除率”為唯一指標(biāo)，并未兼顧其他水質(zhì)要素。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本研究以碳棒、碳纖維、超濾膜、納濾膜、反滲透膜、納濾膜+碳纖維及反滲透膜+碳棒為主要技術(shù)方案，綜合考慮銻、耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻的去除效率，并引入熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型，對(duì)不同技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選，旨在為銻污染物的防治和管理提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2016年5-11月在蘇州濱特爾水處理公司進(jìn)行。所用水樣中不同污染物濃度分別為銻 95-105μg/L，耗氧量90-120mg/L，氨氮10-15mg/L，六價(jià)鉻450-550μg/L。試驗(yàn)采用碳棒、碳纖維、超濾膜、納濾膜、反滲透膜、納濾膜+碳纖維及反滲透膜+碳棒共7種技術(shù)方案處理水樣。試驗(yàn)過(guò)程中，總過(guò)水量為1000L，分別在1/4、2/4、3/4、4/4段時(shí)觀測(cè)不同技術(shù)方案銻、耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻的去除效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同凈化技術(shù)銻去除效率

圖1所示為不同技術(shù)方案下的銻去除效率。圖中可看出，不同方案在1/4，2/4，3/4和4/4段末銻去除效果較為穩(wěn)定，除銻率并未出現(xiàn)大幅波動(dòng)。其中納濾膜、反滲透膜、納濾膜+碳纖維和反滲透膜+碳棒除銻效率最佳，且明顯優(yōu)于單獨(dú)使用碳棒及碳纖維和超濾膜。至4/4段末，碳棒、碳纖維、超濾膜、納濾膜、反滲透膜、納濾膜+碳纖維及反滲透膜+碳棒銻去除效率分別為28.7%、13.5%、7.3%、98.5%、99.0%、99.2%和99.2%。

2.2 不同凈化技術(shù)其他污染物去除效率

圖2所示為耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻的去除效率。從耗氧量去除效率來(lái)看，納濾膜、反滲透膜、納濾膜+碳纖維和反滲透膜+碳棒效果明顯。值得注意的是，碳棒也具備較高的耗氧量去除效率，在4/4段末時(shí)達(dá)到78.2%。然而，超濾膜對(duì)耗氧量?jī)艋Ч^差，4/4段末時(shí)去除率僅為2.9%。

從圖3可看出，碳棒、碳纖維、反滲透膜、納濾膜+碳纖維和反滲透膜+碳棒在氨氮去除方面表現(xiàn)出較好效果。納濾膜次之，在4/4段末時(shí)氨氮去除效率為68.8%。超濾膜對(duì)于氨氮去除幾乎沒有效果，在4/4段末時(shí)僅為1.3%。

從六價(jià)鉻去除效果來(lái)看（圖4），反滲透膜與反滲透膜+碳棒最為突出。碳棒在1/4段末時(shí)六價(jià)鉻去除效率較高，但隨過(guò)水量加大，六價(jià)鉻去除效率有所下降，4/4段末時(shí)降至75.9%。碳纖維、超濾膜、納濾膜和納濾膜+碳纖維六價(jià)鉻去除效果相對(duì)較差。

2.3 污水凈化技術(shù)方案優(yōu)選

2.3.1 構(gòu)建指標(biāo)體系

本研究主要考慮銻去除效率，同時(shí)兼顧其他主要指標(biāo)：耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻。因此，建立如表1所示的技術(shù)方案優(yōu)選的指標(biāo)體系。以表中碳棒為例，碳棒在氨氮去除方面具備顯著效果，但銻去除能力相對(duì)一般。納濾膜具備較高的銻去除效率，但其六價(jià)鉻去除效果并不理想。因此，優(yōu)選出綜合去污能力最強(qiáng)的凈化技術(shù)方案十分必要。

2.3.2 熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型

熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型是一種成熟的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，在“多目標(biāo)、多指標(biāo)”方案決策中有著廣泛應(yīng)用[3-5]。與傳統(tǒng)模型相比，熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型的優(yōu)勢(shì)在于能夠結(jié)合原始數(shù)據(jù)的客觀權(quán)重與決策者賦予的主觀權(quán)重，使得評(píng)價(jià)和優(yōu)選結(jié)果更為科學(xué)、可靠[3]（建模方法不再贅述）。

2.3.3 模型計(jì)算與分析

根據(jù)模型計(jì)算可得銻、耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻的客觀權(quán)重分別為0.26、0.18、0.15和0.41。本研究主要以銻去除效果為導(dǎo)向，因此賦予銻、耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻主觀權(quán)重0.60、0.13、0.13和0.13。計(jì)算可得銻、耗氧量、氨氮和六價(jià)鉻綜合權(quán)重為0.61、0.09、0.08和0.21。不同技術(shù)方案熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)值如圖5所示。依據(jù)圖5與模型原理可推斷，本研究中7種技術(shù)方案綜合凈化能力從強(qiáng)到弱依次為：反滲透膜+碳棒、反滲透膜、納濾膜+碳纖維、納濾膜、碳棒、碳纖維、超濾膜。

3 結(jié)論

根據(jù)上述分析，可得以下結(jié)論：

（1）熵權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)模型將原始數(shù)據(jù)的客觀權(quán)重和決策者主觀權(quán)重有機(jī)結(jié)合，提高了優(yōu)選結(jié)果的科學(xué)性和可靠性。

（2）以除銻效果為主要導(dǎo)向，綜合凈化效果最優(yōu)的技術(shù)方案為反滲透膜+碳棒，次優(yōu)方案為反滲透膜，超濾膜凈化效果較差。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：朱莉莉（1977-），女，碩士研究生，主要從事凈水器的研發(fā)和測(cè)試方面的工作。

*通訊作者：潘楊（1972-），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境科學(xué)與工程方面的工作。