基于最優(yōu)除銻效率的污水凈化技術方案優(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方案，以銻、耗氧量、氨氮和六價鉻為觀測指標，引入熵權系數(shù)評價模型，對不同凈化技術方案進行優(yōu)選和評價。結果表明：熵權系數(shù)評價模型將主觀權重與客觀權重有機結合，提高了優(yōu)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(yōu)的技術方案為反滲透膜+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(shù)；優(yōu)選

我國銻生產企業(yè)有約300家，這些企業(yè)大多是中小型企業(yè)，設備和技術均相對落后。對此類企業(yè)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(tài)環(huán)境造成嚴重影響，并直接威脅飲用水安全[1-2]。國家環(huán)保部近期對《紡織染整工業(yè)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(jiān)控位置為“企業(yè)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(yōu)選的報道還很匱乏。另外，多數(shù)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(shù)評價模型，對不同技術方案進行評價和優(yōu)選，旨在為銻污染物的防治和管理提供理論和實踐依據(jù)。

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(wěn)定，除銻率并未出現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(shù)評價模型

熵權系數(shù)評價模型是一種成熟的統(tǒng)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(tǒng)模型相比，熵權系數(shù)評價模型的優(yōu)勢在于能夠結合原始數(shù)據(jù)的客觀權重與決策者賦予的主觀權重，使得評價和優(yōu)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(jù)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(shù)評價值如圖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(jù)上述分析，可得以下結論：

（1）熵權系數(shù)評價模型將原始數(shù)據(jù)的客觀權重和決策者主觀權重有機結合，提高了優(yōu)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(yōu)的技術方案為反滲透膜+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

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[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(yōu)選研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)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(fā)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(huán)境科學與工程方面的工作。