基于最优除锑效率的污水净化技术方案优选

摘 要：本研究以碳棒、碳纤维、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维及反渗透膜+碳棒为主要净化技术方案，以锑、耗氧量、氨氮和六价铬为观测指标，引入熵权系数评价模型，对不同净化技术方案进行优选和评价。结果表明：熵权系数评价模型将主观权重与客观权重有机结合，提高了优选结果的科学性和可靠性。本研究中，以除锑效果为主要导向，综合净化效果最优的技术方案为反渗透膜+碳棒，次优方案为反渗透膜，超滤膜净化效果较差。研究结果可为锑污染的防治和管理提供有益参考。

关键词：锑；净化；熵权系数；优选

我国锑生产企业有约300家，这些企业大多是中小型企业，设备和技术均相对落后。对此类企业排放的含锑废水，如不加以严格管理和控制，将会对纳污水体的生态环境造成严重影响，并直接威胁饮用水安全[1-2]。国家环保部近期对《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4287-2012）进行了修订，将锑排放控制单列，并设定排放限值：增设“总锑”的排放控制要求，直接排放与间接排放限值均为0.10 mg/L，排放监控位置为“企业废水总排放口”。

目前，锑去除效果的试验研究仍主要以单一处理方案为研究对象，关于不同方案除锑效果的比较和分析以及方案优选的报道还很匮乏。另外，多数研究在考察锑去除效果时仅以“锑去除率”为唯一指标，并未兼顾其他水质要素。因此，针对上述问题，本研究以碳棒、碳纤维、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维及反渗透膜+碳棒为主要技术方案，综合考虑锑、耗氧量、氨氮和六价铬的去除效率，并引入熵权系数评价模型，对不同技术方案进行评价和优选，旨在为锑污染物的防治和管理提供理论和实践依据。

1 材料与方法

试验于2016年5-11月在苏州滨特尔水处理公司进行。所用水样中不同污染物浓度分别为锑 95-105μg/L，耗氧量90-120mg/L，氨氮10-15mg/L，六价铬450-550μg/L。试验采用碳棒、碳纤维、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维及反渗透膜+碳棒共7种技术方案处理水样。试验过程中，总过水量为1000L，分别在1/4、2/4、3/4、4/4段时观测不同技术方案锑、耗氧量、氨氮和六价铬的去除效率。

2 结果与分析

2.1 不同净化技术锑去除效率

图1所示为不同技术方案下的锑去除效率。图中可看出，不同方案在1/4，2/4，3/4和4/4段末锑去除效果较为稳定，除锑率并未出现大幅波动。其中纳滤膜、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维和反渗透膜+碳棒除锑效率最佳，且明显优于单独使用碳棒及碳纤维和超滤膜。至4/4段末，碳棒、碳纤维、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维及反渗透膜+碳棒锑去除效率分别为28.7%、13.5%、7.3%、98.5%、99.0%、99.2%和99.2%。

2.2 不同净化技术其他污染物去除效率

图2所示为耗氧量、氨氮和六价铬的去除效率。从耗氧量去除效率来看，纳滤膜、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维和反渗透膜+碳棒效果明显。值得注意的是，碳棒也具备较高的耗氧量去除效率，在4/4段末时达到78.2%。然而，超滤膜对耗氧量净化效果较差，4/4段末时去除率仅为2.9%。

从图3可看出，碳棒、碳纤维、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维和反渗透膜+碳棒在氨氮去除方面表现出较好效果。纳滤膜次之，在4/4段末时氨氮去除效率为68.8%。超滤膜对于氨氮去除几乎没有效果，在4/4段末时仅为1.3%。

从六价铬去除效果来看（图4），反渗透膜与反渗透膜+碳棒最为突出。碳棒在1/4段末时六价铬去除效率较高，但随过水量加大，六价铬去除效率有所下降，4/4段末r降至75.9%。碳纤维、超滤膜、纳滤膜和纳滤膜+碳纤维六价铬去除效果相对较差。

2.3 污水净化技术方案优选

2.3.1 构建指标体系

本研究主要考虑锑去除效率，同时兼顾其他主要指标：耗氧量、氨氮和六价铬。因此，建立如表1所示的技术方案优选的指标体系。以表中碳棒为例，碳棒在氨氮去除方面具备显著效果，但锑去除能力相对一般。纳滤膜具备较高的锑去除效率，但其六价铬去除效果并不理想。因此，优选出综合去污能力最强的净化技术方案十分必要。

2.3.2 熵权系数评价模型

熵权系数评价模型是一种成熟的统计学模型，在“多目标、多指标”方案决策中有着广泛应用[3-5]。与传统模型相比，熵权系数评价模型的优势在于能够结合原始数据的客观权重与决策者赋予的主观权重，使得评价和优选结果更为科学、可靠[3]（建模方法不再赘述）。

2.3.3 模型计算与分析

根据模型计算可得锑、耗氧量、氨氮和六价铬的客观权重分别为0.26、0.18、0.15和0.41。本研究主要以锑去除效果为导向，因此赋予锑、耗氧量、氨氮和六价铬主观权重0.60、0.13、0.13和0.13。计算可得锑、耗氧量、氨氮和六价铬综合权重为0.61、0.09、0.08和0.21。不同技术方案熵权系数评价值如图5所示。依据图5与模型原理可推断，本研究中7种技术方案综合净化能力从强到弱依次为：反渗透膜+碳棒、反渗透膜、纳滤膜+碳纤维、纳滤膜、碳棒、碳纤维、超滤膜。

3 结论

根据上述分析，可得以下结论：

（1）熵权系数评价模型将原始数据的客观权重和决策者主观权重有机结合，提高了优选结果的科学性和可靠性。

（2）以除锑效果为主要导向，综合净化效果最优的技术方案为反渗透膜+碳棒，次优方案为反渗透膜，超滤膜净化效果较差。

参考文献

[1]黄懿，胡军，李倦生，等. 锑工业中锑污染物排放调查及防治对策探讨[J]. 环境科学与技术， 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，陈竞楠，等. EM保水剂施用对烤烟的影响及其施用制度的优选研究[J]. 中国生态农业学报， 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.

作者简介：朱莉莉（1977-），女，硕士研究生，主要从事净水器的研发和测试方面的工作。

*通讯作者：潘杨（1972-），男，副教授，硕士生导师，主要从事环境科学与工程方面的工作。