基于最優除銻效率的污水凈化技術方案優選

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方案，以銻、耗氧量、氨氮和六價鉻為觀測指標，引入熵權系數評價模型，對不同凈化技術方案進行優選和評價。結果表明：熵權系數評價模型將主觀權重與客觀權重有機結合，提高了優選結果的科學性和可靠性。本研究中，以除銻效果為主要導向，綜合凈化效果最優的技術方案為反滲透膜+碳棒，次優方案為反滲透膜，超濾膜凈化效果較差。研究結果可為銻污染的防治和管理提供有益參考。

關鍵詞：銻；凈化；熵權系數；優選

我國銻生產企業有約300家，這些企業大多是中小型企業，設備和技術均相對落后。對此類企業排放的含銻廢水，如不加以嚴格管理和控制，將會對納污水體的生態環境造成嚴重影響，并直接威脅飲用水安全[1-2]。國家環保部近期對《紡織染整工業水污染物排放標準》（GB 4287-2012）進行了修訂，將銻排放控制單列，并設定排放限值：增設“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，排放監控位置為“企業廢水總排放口”。

目前，銻去除效果的試驗研究仍主要以單一處理方案為研究對象，關于不同方案除銻效果的比較和分析以及方案優選的報道還很匱乏。另外，多數研究在考察銻去除效果時僅以“銻去除率”為唯一指標，并未兼顧其他水質要素。因此，針對上述問題，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+碳棒為主要技術方案，綜合考慮銻、耗氧量、氨氮和六價鉻的去除效率，并引入熵權系數評價模型，對不同技術方案進行評價和優選，旨在為銻污染物的防治和管理提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

試驗于2016年5-11月在蘇州濱特爾水處理公司進行。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，六價鉻450-550μg/L。試驗采用碳棒、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種技術方案處理水樣。試驗過程中，總過水量為1000L，分別在1/4、2/4、3/4、4/4段時觀測不同技術方案銻、耗氧量、氨氮和六價鉻的去除效率。

2 結果與分析

2.1 不同凈化技術銻去除效率

圖1所示為不同技術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定，除銻率并未出現大幅波動。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，且明顯優于單獨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 不同凈化技術其他污染物去除效率

圖2所示為耗氧量、氨氮和六價鉻的去除效率。從耗氧量去除效率來看，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段末時達到78.2%。然而，超濾膜對耗氧量凈化效果較差，4/4段末時去除率僅為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出較好效果。納濾膜次之，在4/4段末時氨氮去除效率為68.8%。超濾膜對于氨氮去除幾乎沒有效果，在4/4段末時僅為1.3%。

從六價鉻去除效果來看（圖4），反滲透膜與反滲透膜+碳棒最為突出。碳棒在1/4段末時六價鉻去除效率較高，但隨過水量加大，六價鉻去除效率有所下降，4/4段末時降至75.9%。碳纖維、超濾膜、納濾膜和納濾膜+碳纖維六價鉻去除效果相對較差。

2.3 污水凈化技術方案優選

2.3.1 構建指標體系

本研究主要考慮銻去除效率，同時兼顧其他主要指標：耗氧量、氨氮和六價鉻。因此，建立如表1所示的技術方案優選的指標體系。以表中碳棒為例，碳棒在氨氮去除方面具備顯著效果，但銻去除能力相對一般。納濾膜具備較高的銻去除效率，但其六價鉻去除效果并不理想。因此，優選出綜合去污能力最強的凈化技術方案十分必要。

2.3.2 熵權系數評價模型

熵權系數評價模型是一種成熟的統計學模型，在“多目標、多指標”方案決策中有著廣泛應用[3-5]。與傳統模型相比，熵權系數評價模型的優勢在于能夠結合原始數據的客觀權重與決策者賦予的主觀權重，使得評價和優選結果更為科學、可靠[3]（建模方法不再贅述）。

2.3.3 模型計算與分析

根據模型計算可得銻、耗氧量、氨氮和六價鉻的客觀權重分別為0.26、0.18、0.15和0.41。本研究主要以銻去除效果為導向，因此賦予銻、耗氧量、氨氮和六價鉻主觀權重0.60、0.13、0.13和0.13。計算可得銻、耗氧量、氨氮和六價鉻綜合權重為0.61、0.09、0.08和0.21。不同技術方案熵權系數評價值如圖5所示。依據圖5與模型原理可推斷，本研究中7種技術方案綜合凈化能力從強到弱依次為：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 結論

根據上述分析，可得以下結論：

（1）熵權系數評價模型將原始數據的客觀權重和決策者主觀權重有機結合，提高了優選結果的科學性和可靠性。

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

參考文獻

[1]黃懿，胡軍，李倦生，等. 銻工業中銻污染物排放調查及防治對策探討[J]. 環境科學與技術， 2010， 33（S1）： 252-255+279.

[2]Weimin Sun，Enzong Xiao，Yiran Dong，等. Profiling microbial community in a watershed heavily contaminated by an active antimony （Sb） mine in Southwest China[J]. Science of the Total Environment， 2016， 550： 297-308.

[3]侯毛毛，邵孝侯，陳競楠，等. EM保水劑施用對烤煙的影響及其施用制度的優選研究[J]. 中國生態農業學報， 2016， 24（5）： 628-636.

[4]Xin Zhang，Hongli Wang，Zhirong Zou，等. CFD and weighted entropy based simulation and optimisation of Chinese Solar Greenhouse temperature distribution[J]. Biosystems Engineering， 2016， 142： 12-26.

[5]Ke-ping Zhou，Yun Lin，Hong-wei Deng，等. Prediction of rock burst classification using cloud model with entropy weight[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2016， 26（7）： 1995-2002.

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

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