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基于模糊数学的造纸废水脱色效果评价方法
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2022-07-06 09:18:27 浏览次数:
作者:门亚玲 王祝惠子 ( 咸阳职业技术学院,陕西 咸阳,712000) 

摘 要: 传统评价方法评价脱色技术单一,与造纸废水实际脱色率一致性低,提出基于模糊数学的造 纸废水脱色效果评价方法。确定造纸废水脱色效果评价指标体系,采用模糊数学算法,构建造 纸废水脱色效果评价模型,评价造纸废水脱色率、染料去除率和综合脱色效果。实验结果: 评价 不同脱色技术对造纸废水脱色率,研究方法评价结果较两组传统方法,与造纸废水实际脱色率, 具有较高的一致性。

关键词: 模糊数学; 造纸; 废水脱色; 效果评价;

0 引言

在生活中,生活、学习、工作、生产等等,都已经 离不开纸,是文化传播、精神交流、科学发展的重要 工具。基于此,人们十分重视造纸技术,不断在原本 的造纸技术基础上,作出调整,降低造纸成本,提高 纸品质量[1]。然而,目前的造纸工艺,仍然需要制 浆、洗浆、漂白、造纸四道工序,离不开水资源,在造 纸的过程中,产生悬浮物、难/易降解有机物、酸碱毒 物、色度等污染物,形成成分复杂、可生化性差的工 业废水,污染生态环境,限制了造纸业发展[2]。可 见,造纸废水脱色处理,已经成为造纸废水的重要处 理技术,然而,目前造纸废水脱色处理效果不一,很 难判断脱色处理后的废水是否达标,让造纸废水脱 色效果评价方法,成为研究热点。 国内外多采用生物膜、活性污泥等方式,化学的 氧化、电解等方式,物理的过滤、沉淀、吸附等方式, 脱色处理造纸废水[3]。针对国内外研究的造纸废水脱色技术,文献[4]针对废水脱色处理技术,采用层 次分析和模糊评价两种方法,设计出综合评价方法, 评价废水脱色处理效果。该方法评价造纸废水脱色 率与实际脱色率的一致性低。文献[5]设计废水处 理实验,通过实验验证的方式,比较废水处理效果, 以此评价废水处理效果,但该方法评价方向单一,适 用范围有限。针对上述研究方法,评价造纸废水脱 色效果存在的问题,引入模糊数学算法,提高评价精 度,提出基于模糊数学的造纸废水脱色效果评价 方法。

1 基于模糊数学的造纸废水脱色效果评价 方法 1. 1 确定造纸废水脱色效果评价指标体系 此次评价造纸废水脱色效果,将依据造纸废水 脱色的系统性、目标性、综合评价效果等原则[6]。选 择造纸废水脱色效果评价指标,确定评价指标体系, 如表 1 所示。

如表 1 所示的造纸废水脱色效果评价指标体系,共 选择了 3 个一级、7 个二级的造纸废水脱色效果评价 指标,建立造纸废水脱色效果评价模糊因子集 U : U = { } A,B,C = { } A1,A2,A3,B1,B2,C1,C2 ① 如①式所示的造纸废水脱色效果评价因子集 U ,充分考虑不同造纸废水脱色技术,针对造纸废水 进行脱色时,所需要的成本、人工、效率,综合体现造 纸废水脱色效果。
1. 2 基于模糊数学构建造纸废水脱色效果评价 模型 在此次研究确定的造纸废水脱色效果评价指标 体系,建立的造纸废水脱色效果评价因子集 U 基础 上,采用模糊数学算法,构建造纸废水脱色效果评价 模型,其模型构建流程如下: ( 1) 构造造纸废水脱色效果评价指标两两比较 判断矩阵。此次研究确定了造纸废水脱色效果评价 指标体系,也就确定了模糊数学评价的层析分析结 构,因此,选择表 1 中的元素,进行两两比较,实现造 纸废水脱色效果评价指标两两比较判断矩阵构造。 在构造过程中,需要以上一层为目标,根据相同指标 层次的指标的关联性,比较同一指标层的指标。基 于此,选择表 1 中的一级指标 R ,评判目标层 O ,形 成如表 2 所示的判断矩阵 O - R :

为了让表 2 所示的判断矩阵 O - R ,具有定量化 决策值,采用如表 3 所示的 0. 1 ~0. 9 的标度,赋予判 断矩阵 O - R ,两两元素重要性比较结果 Rij ,其中 i ,j 均表示指标层中任意一种元素,但 i ≠ j [7]。

2 实验分析 选择两组传统效果评价方法,以比对实验的方 式,将造纸废水脱色技术作为实验对象,验证此次研 究的造纸废水脱色效果评价方法,比较三组效果评 价方法,在不同造纸废水脱色技术条件下,评价造纸 废水脱色率与实际脱色率的一致性。

2. 1 实验准备 此次实验,将从某区域的造纸厂中,采集 1 000 mL 的造纸废水,作为此次实验验证对象。再次基础上,选 择 PAC、FeSO4·7H2O 和 BT-03 等四种不同类型的混凝 剂,作为此次实验对比验证试剂。 将此次实验采 集 的 1 000 mL 造 纸 废 水,拿 出50 mL 造纸废水样品,记为 a 样品,作为造纸废水脱 色效果对比组。剩下 950 mL 造纸废水,平均分成三 等份,每份造纸废水 316 mL,分别记为 b、c、d 三个造 纸废水样品。 此时,采用此次实验选择的四种不同类型的混 凝剂,分别去除 b、c、d 三份造纸废水样品染料。每 份试剂去除造纸废水样品染料对应关系如下: PAC-- b、FeSO4·7H2O -- c、BT-03-- d。 在实验过程中,将每组混凝剂对应的造纸废水样 品,再 次 均 分 为 8 等 分,每 等 分 造 纸 废 水 样 品 39. 5 mL,所加入的固色剂浓度分别为: 0 g /L、 0. 2 g /L、0. 5 g /L、1. 0 g /L、2. 0 g /L、3. 0 g /L、5. 0 g /L、 10. 0 g /L 等 8 个浓度档次。 在不同造纸废水固色剂浓度的条件下,采用三 组效果评价方法,分别评价不同造纸废水脱色技术, 对造纸废水的脱色率,并将评价结果,与造纸废水实 际脱色率进行对比,判断评价结果与实际值的一致 度,从而验证此次研究的造纸废水脱色效果评价方 法。每组实验中,混凝剂去除造纸废水染料的时间 为 24 h,其实验结果如下。
2. 2 实验结果

2. 2. 1 第一组实验结果 三组效果评价方法,评价 PAC 混凝剂,去除造纸废水染料效果,其实验结果如 图 1 所示。 图 1 PAC 下造纸废水脱色率评价结果 从图 1 中可以看出,采用 PAC 混凝剂,对造纸废 水进行脱色处理,得到的造纸废水脱色率在 40. 5% ~18% 之间,脱色率差值为 22. 5% ,且固色剂浓度,对 PAC 混凝剂,去除造纸废水染料效果影响较大。其 中,传统方法 1 评价 PAC 混凝剂,对造纸废水进行脱 色处理,得到的造纸废水脱色率在 10% ~20% 之间, 脱色率差值为 10% ,且评价固色剂浓度,对 PAC 混 凝剂,去除造纸废水染料效果影响极小,评价结果与 实际值极度不一致; 传统方法 2 评价 PAC 混凝剂,对 造纸废水进行脱色处理,得到的造纸废水脱色率在 53%~87% 之间,脱色率差值为 34% ,且评价固色剂 浓度,对 PAC 混凝剂,去除造纸废水染料效果影响 小,评价结果与实际值不一致; 研究方法评价 PAC 混凝剂,对造纸废水进行脱色处理,得到的造纸废水 脱色率在 42%~18% 之间,脱色率差值为 24% ,且固 色剂浓度,对 PAC 混凝剂,去除造纸废水染料效果 影响较大,评价结果与实际值基本一致。可见,此次 研究评价方法,具有较优的评价性能。

2. 2. 2 第二组实验结果 三组效果评价方法,评价 FeSO4·7H2O 混凝剂,去除造纸废水染料效果,其实 验结果如图 2 所示。

从图 2 中可以看出,采用 FeSO4·7H2O 混凝剂, 对造纸废水进行脱色处理,得到的造纸废水脱色率 在 66%~37% 之间,脱色率差值为 29% ,且固色剂浓 度,对 FeSO4·7H2O 混凝剂,去除造纸废水染料效果 影响较极大。其中,传统方法 1 评价 FeSO4 ·7H2O 混凝剂,对造纸废水进行脱色处理,得到的造纸废水 脱色率在 18%~48. 5% 之间,脱色率差值为 30. 5% , 且评价固色剂浓度,对 FeSO4·7H2O 混凝剂,去除造 纸废水染料效果影响较大,评价结果与实际值不一 致; 传统方法 2 评价 FeSO4·7H2O 混凝剂,对造纸废 水进行脱色处理,得到的造纸废水脱色率在 56. 5% ~79% 之间,脱色率差值为 22. 5% ,且评价固色剂浓 度,对 FeSO4·7H2O 混凝剂,去除造纸废水染料效果 影响小,评价结果与实际值极其不一致; 研究方法评价 FeSO4·7H2O 混凝剂,对造纸废水进行脱色处理, 得到的造纸废水脱色率在 66%~36% 之间,脱色率差 值为 30% ,且固色剂浓度,对 FeSO4·7H2O 混凝剂, 去除造纸废水染料效果影响极大,评价结果与实际 值基本一致。可见,此次研究评价方法,具有较优的 评价性能。

2. 2. 3 第三组实验结果 三组效果评价方法,评价 BT-03 混凝剂,去除造纸废水染料效果,其实验结果 如图 3 所示。

从图 3 中可以看出,采用 BT-03 混凝剂,对造纸 废水进 行 脱 色 处 理,得到的造纸废水脱色率在 40. 5%~29% 之间,脱色率差值为 11. 5% ,且固色剂 浓度,对 BT-03 混凝剂,去除造纸废水染料效果影响 较小。其中,传统方法 1 评价 BT-03 混凝剂,对造纸 废水进行脱色处理,得到的造纸废水脱色率在 7% ~ 39. 5% 之间,脱色率差值为 32. 5% ,且评价固色剂浓 度,对 BT-03 混凝剂,去除造纸废水染料效果影响较 大,评价结果与实际值不一致; 传统方法 2 评价 BT03 混凝剂,对造纸废水进行脱色处理,得到的造纸废 水 脱 色 率 在 26% ~ 69. 5% 之 间,脱 色 率 差 值 为 43. 5% ,且评价固色剂浓度,对 BT-03 混凝剂,去除 造纸废水染料效果影响大,评价结果与实际值极其 不一致; 研究方法评价 BT-03 混凝剂,对造纸废水进 行脱色处理,得到的造纸废水脱色率在 41. 5%~29% 之间,脱色率差值为 12. 5% ,且固色剂浓度,对 BT03 混凝剂,去除造纸废水染料效果影响较小,评价结 果与实际值基本一致。可见,此次研究评价方法,具 有较优的评价性能。
3 结束语 综上所述,此次研究造纸废水脱色效果评价方 法,考虑不同造纸废水脱色技术,对造纸废水脱色工 艺和效果的不一致性,充分利用模糊数学方法,构建 造纸废水脱色效果评价模型,评价造纸废水脱色效 果。经实验验证,此次研究评价方法,评价造纸废水 脱色结果,与造纸废水实际脱色结果一致度极高,具 有较优的造纸废水脱色评价效果。