硫化法处理含砷废水的响应曲面优化研究二 - 新闻资讯 - 破乳剂|COD去除剂|乳化液|含油|煤化工废水处理|济南乾来环保

2.2.2 响应曲面分析

为了更直观地考察各因素及交互作用对沉砷后液含砷浓度的影响，建立回归模型的三维响应曲面和二维等高线图，见图 4~6。

从图 4 可以看出，随反应时间与硫化剂用量的延长和增加，沉砷后液含砷浓度呈现先降低后略微增大的趋势。从等高线图可得出反应时间一定时，随硫化剂用量的增加沉砷后液含砷浓度呈现先降低后趋于稳定的趋势；硫化剂用量一定时，随反应时间的延长沉砷后液含砷浓度呈现先降低后趋于略微增大的趋势，且反应时间相较于硫化剂用量曲线上升/下降变化更大，这说明反应时间较硫化剂用量对沉砷后液含砷浓度的影响更大，与单因素分析结果相一致。

如图 5 所示，硫化剂用量 S2-/As 为 1.1~1.25，搅拌速度在 60 r/min~80 r/min，随硫化剂用量与搅拌速度的增大和增加，沉砷后液含砷浓度逐渐降低，且整个三维响应曲面呈类似凸面体，响应曲面整体呈斜坡向上趋势，说明硫化剂用量与搅拌速度的交互作用对沉砷后液含砷浓度有显著的影响；硫化剂用量与搅拌速度继续增大和增加，沉砷后液含砷浓度略微降低，三维响应曲面不在呈斜坡向上趋势，说明过量的硫化剂和较大的搅拌速度对沉砷后液含砷浓度影响较小。等高线图中等高线呈现类似脊状分布，也说明硫化剂用量与搅拌速度存在交互作用，对沉砷后液含砷浓度具有显著的影响。

如图 6 所示，反应时间为 20 min~35 min，搅拌速度在 60 r/min~80 r/min，随反应时间与搅拌速度的延长和增大，沉砷后液含砷浓度逐渐降低，且整个三维响应曲面呈类似凸面体，响应曲面整体呈斜坡向上趋势，说明反应时间与搅拌速度的交互作用对沉砷后液含砷浓度有显著的影响。随反应时间与搅拌速度继续延长和增大，沉砷后液含砷浓度略微降低，且反应时间相较于搅拌速度上升/下降变化更大，这说明反应时间较搅拌速度对沉砷后液含砷浓度的影响更大，与模型误差分析相一致。

2.2.3 结果优化与验证

由曲面分析得出：适当增加硫化剂用量，延长反应时间，增大搅拌速度，均能降低沉砷后液含砷浓度，尤其是反应时间对沉砷后液含砷浓度影响最大。综合考虑处理含砷废水的成本及各因素之间的相互作用，依据模型优化最佳硫化沉砷的工艺条件：硫化剂用量S2-/As为1.22，反应时间38 min，搅拌速度为 64 r/min，预测沉砷后液含砷浓度为 0.14 mg/L。

在最优条件下进行 5 次测定，如图 7 所示，沉砷后液含砷浓度平均为 0.15 mg/L，实际均值与模型预测值仅相差 0.01 mg/L。结果表明沉砷后液含砷浓度二阶模型预测结果可靠有效，应用响应曲面法优化得到硫化剂沉砷处理含砷废水工艺条件合理可行。

3 生产实践

山东某冶炼企业水处理车间按照响应曲面法得出的最佳工艺条件进行运行，硫化剂用量 S2-/As为 1.22，反应时间 38 min，搅拌速度为 64 r/min，压滤，滤液加入石灰调节 pH=7，再次压滤，滤液含砷小于0.2 mg/L，符合山东省地方标准DB37/3416.5—2018（流域水污染物综合排放标准第5部分：半岛流域）。随机选取五组水处理车间采用硫化法处理的含砷废水后液检测报告，分析数据见表 5。

4 结论

（1）以含砷废水为原料，采用硫化剂沉淀法沉砷工艺。废水沉砷的单因素实验结果表明较佳的工艺参数：硫化剂用量S2-/As 为 1.2，反应时间 30 min，搅拌速度为 80 r/min，陈砷后液含砷 0.24 mg/Ｌ。

（2）废水硫化剂沉砷曲面响应法优化分析得到适用于废水沉砷过程的数学模型。该模型的拟合值与验证实验结果的吻合度较高，该模型决定相关系数 R2 =0.9983，校正决定系数 Radj2=0.9960，变异系数（CV）为 0.16%。各因素对废水沉砷的影响为：反应时间影响最大，硫化剂用量次之。

（3）根据响应曲面预测最佳工艺参数：硫化剂用量 S2-/As 为 1.22，反应时间 38 min，搅拌速度为 64 r/min；最优条件下进行 5 次测定，实际均值与模型预测值近相差 0.01 mg/L，沉砷后液含砷浓度平均为 0.15 mg/L，说明优化条件的准确性与可靠性。

（4）硫化法处理含砷废水生产实践表明：处理后废水含砷小于 0.2 mg/L，加石灰调节后，符合山东省地方标准 DB37/3416.5—2018（流域水污染物综合排放标准第 5 部分：半岛流域）要求的外排标准。

原标题：硫化法处理含砷废水的响应曲面优化研究

原作者：王雷，张俊峰，解维平，张桧楠

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