关键词：污水处理；天然絮凝剂；西瓜籽；响应面
絮凝是一种可靠且简便的污水处理技术，通过 加入絮凝剂使污水中的悬浮微粒聚集变大、形成絮 团，通过固液分离去除污染物，效果受絮凝剂类型、 用量、污水 pH 值、搅拌速度、搅拌时间以及废水特性的影响，广泛用于处理生活、商业和工业污水。絮凝剂类型众多，有天然、有机、无机和聚合物絮凝剂，大多数污水处理厂仍广泛使用无机絮凝剂，如硫酸铝（明矾）、聚合硫酸铝等。这类无机絮凝剂虽然效率高、成本低，但长期使用会对人类健康和 环境造成严重影响。天然絮凝剂富含羧基、羟基和氨基等官能团，对 污水中的各种污染物具有良好的亲和力，具有絮凝效率高、可再生、可降解等优点，受到研究者的广泛关注。本文以西瓜籽为天然絮凝剂，采用响应面法分 析了 pH 值和絮凝剂用量对污水浊度、总悬浮固体（TSS）和化学需氧量（COD）去除率的影响。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
K2Cr2O7、正己烷、石油醚、HCl、NaOH 等均为分 析纯试剂，中国国药集团。ZR4-6 型混凝实验搅拌器（深圳中润水工业技 术发展有限公司）；PHS 3C 型酸度计（上海雷磁仪器厂）；2100Q 浊度仪（美国哈希公司）。
1.2 实验方法
选取当地种植西瓜，收集其中的西瓜籽，用蒸馏水洗涤数次以去除附着的果肉，在 100℃烘箱中干 燥。将干燥好的西瓜籽去壳、研磨，得到粉末，利用正 己烷为溶剂在索氏提取器中提取油脂 24h。随后用 石油醚去除种子粉末中的正己烷，再用蒸馏水洗涤， 最后在真空烘箱中 50℃下干燥至恒重，得到天然絮 凝剂，配制成 1%的水溶液使用。 污水取自当地污水处理厂（pH 值、浊度、TSS 和COD 分别为 7.51、257、526 和 687mg·L-1），将污水倒 入混凝试验搅拌机中，在特定 pH 值下加入一定量的絮凝剂溶液，在 200r·min-1 下搅拌 5min，然后在50r·min-1 下搅拌 30min，吸取上清液，采用便携式浊 度计分析污水浊度，采用《水质悬浮物的测定重量 法》（GB 11901-1989）分析 TSS，采用《水质化学需氧 量的测定重铬酸盐法》（HJ 828-2017）分析 COD。
1.3 响应面分析
本文采用响应面分析法研究了 pH 值和天然絮 凝剂用量对污水浊度、TSS 和 COD 去除率的影响， 每个因素取 3 个水平，采用 minitab19 对实验结果进 行分析，结果见表 1。
2 结果与讨论
2.1 实验因素对污水浊度去除率的影响
图 1 为 pH 值和絮凝剂用量对污水浊度去除率 的影响。
由图 1 可以看到，与 pH 值相比，天然絮凝剂用 量对污水浊度去除率影响更显著，随着絮凝剂用量 从 100 增加到 200mg·L-1，浊度去除率从最高的94.15%降低到 40%以下，这可能是由于随着絮凝剂 用量的增加，絮凝剂主要发生了自身聚并，导致污水 浊度去除率下降，同时也说明在较小的天然絮凝剂 用量下就能很好降低污水浊度。
2.2 实验因素对污水 TSS 去除率的影响
图 2 为 pH 值和絮凝剂用量对污水 TSS 去除率 的影响。
由图 2 可以看到，随着 pH 值从 8 降低到 4、絮 凝剂用量从 200 降低到 100mg·L-1，污水 TSS 去除率 最高可以达到 98.34%。这是由于天然絮凝剂中含有 大量的羟基、羰基、酰胺基团和游离氨基酸，可以中 和悬浮固体的电荷，在固体颗粒间产生架桥作用，有利于降低污水 TSS。
2.3 实验因素对污水 COD 去除率的影响
图 3 为 pH 值和絮凝剂用量对污水 COD 去除 率的影响。
由图 3 可以看到，随着絮凝剂用量的增加，污水COD 去除率逐渐提高，最高可以达到 91.39%，当絮 凝剂用量大于 160mg·L-1 后，低 pH 值有利于提高污 水 COD 去除率。
2.4 实验因素的方差分析
表 2 为天然絮凝剂处理污水的方差分析结果。 由表 2 可以看到，pH 值和絮凝剂用量对污水浊 度、TSS 和 COD 去除率的响应面模型 T 值均大于 1，而且 P 值均小于 0.05，说明分析可靠，置信概率95%，具有统计学意义。 对污水浊度去除率来说，絮凝剂用量的 T 值大 于 1、P 值小于 0.05，是显著影响因素，而 pH 值和pH 值与絮凝剂用量二阶交互效应影响不显著。同 理，对于 TSS 和 COD 去除率来说，显著影响因素分 别是絮凝剂用量、pH 值和絮凝剂用量。
2.5 污水处理工艺优化
利用响应面法，得到了污水浊度、TSS 和 COD去除率与 pH 值、絮凝剂用量以及两者交互效应之 间的数学模型，见式 1~3。 浊度去除率/%=157.0-3.4×pH 值-0.635×絮凝剂 用量+0.0150×（pH 值×絮凝剂用量） （1）TSS 去除率/%=141.0-5.47×pH 值-0.257×絮凝剂用量+0.0233×（pH 值×絮凝剂用量） （2）COD 去除率/%=-102.0+12.8×pH 值+1.125×絮 凝剂用量-0.0871×（pH 值×絮凝剂用量） （3） 通过对 3 个去除率指标进行优化，得到了污水处理的最优条件，见表 3。响应面优化结果与实验结果非常吻合，当 pH值为 4.24、絮凝剂用量为 120.23mg·L-1 时，污水浊度、TSS 和 COD 去除率可以达到 67.36%、93.32%和65.49%。
3 结论
本文以处理过的西瓜籽为天然絮凝剂，采用响应面分析法研究了 pH 值与絮凝剂用量对污水浊 度、TSS 和 COD 去除率的影响。通过方差分析，发 现模型分析可靠，置信概率 95%。对污水浊度、TSS和 COD 去除率来说，絮凝剂用量是显著的影响因 素。对于 TSS 去除率来说，絮凝剂用量和 pH 值是 显著影响因素；絮凝剂用量是影响 COD 去除率的 显 著 因 素 。 当 pH 值 为 4.24、 絮 凝 剂 用 量 为120.23mg·L-1 时，污水处理效果最好，预测的浊度、TSS 和 COD 去 除 率 分 别 为 67.36% 、93.32% 和65.49%，而且与实验结果吻合。
原标题：响应面法分析天然絮凝剂的污水处理效果
原作者：李宝丰 ，于鹏飞 ，赵宗祺 ，李团结，王 超
相关文章
- 油田注水系统采出水处理工艺设计研究 2019-12-16
- 膜分离技术在油田含油污水处理中的应用分析 2021-04-08
- 油田注水水质处理技术 2019-12-13
- 采出液超声破乳技术应用研究 2022-12-09
- 煤化工废水处理中的“零排放”技术应用研究 2020-09-22
最新文章
- 城镇污水处理厂全流程水质管理方法分析 2023-01-29
- 高排放标准下某高新园区污水处理厂工程实例 2023-01-16
- 一种树状多支化破乳剂的合成与应用 2023-01-14
- 地层注入水悬浮物含量偏高原因分析与治理 2023-01-13
- 浅谈胶印润版液的净化循环使用 2023-01-13
