均匀设计法处理含硫废水的研究

Posted 2023-01-15 方程

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对钠盐型和铵盐型含硫工业废水进行脱硫处理，采用均匀设计法设计试验，得到定量描述试验内在规律的多元非线性回归方程。用该回归方程计算的预测值与试验结果一致。对影响脱硫效果和脱硫效率的影响因素———絮凝剂投加量、pH以及废水含硫量进行了考察。利用回归方程，对反应体系进行了模拟优化处理。研究表明，在试验条件下，用聚合氯化铝作为絮凝剂、pH=7的条件下，采用两段工艺，可以使脱硫后废水含硫量降至40mg/L以下，满足下游污水处理装置对含硫量的要求。

1　试验部分

1.1　废水来源

1#原水为制革废水，钠盐型，硫主要以Na2S的形式存在，pH=12。

2#原水为炼油废水，铵盐型，硫主要以NH4HS、(NH4)2S存在，pH=9。

1.2　试验仪器和试剂

PHB29901pH计；MY300026智能型混凝试验搅拌仪。

聚合氯化铝(PAC)；硫化物测定相关试剂。

1.3　试验及分析方法

1.3.1　试验方法

500mL的原水置于1000mL烧杯中，加药后用六联同步自动升降搅拌机以300r/min快搅60s，然后以60r/min慢搅5min，静置1h后，取上清液，测定含硫量。

1.3.2　分析方法

采用碘量法测定含硫量。

2　试验设计及结果讨论

2.1　试验设计

筛选了PAC作为脱硫絮凝剂，对其脱硫效果进行了较全面的研究。采用均匀设计法，对PAC投加量、原水pH和含硫量进行了考察。试验共选用3因素10水平。含硫量采用拟水平。选用均匀设计试验表为U10(102×5)，D(均匀设计系数)为0.1878。

2.2　试验结果与讨论

2.2.1　脱硫试验条件与结果

试验条件与试验结果见表1。序号1～10为1#原水(X1)，序号11～20为2#原水(X2)，X3为pH。用脱硫量(ΔS)和脱硫率(Y)来表征脱硫效果，以单位PAC脱硫量(Z)来表征脱硫效率，计算公式见式(1)至式(3)。

ΔS=S0-Si         (1)

Y=ΔS/S0×100%　　(2)

Z=ΔS/X4          (3)

式中：S0、Si分别为原水含硫量、脱硫后废水含硫量，mg/L；X4为PAC投加量，mg/L。

采用多元非线性回归对试验数据进行处理，得到多元非线性回归方程，见式(4)至式(6)。

ΔS=A10+A11X3+A12X4+A13S0+A14X23+A15X24(4)

Z=A20+A21X3+A22X4+A23S0+A24X32+A25X42(5)

lnY=A30+A31X3+A32X4+A33S0+A34X32+A35X42(6)

式中：Aij为回归系数，与原水性质有关；i为1～3自然数；j为1～5自然数。1#原水的多元非线性回归方程具体为式(7)至式(9)。

ΔS=-23.41+30.97X3+1.30X4+0.64S0-4.95X23-2.94×10-3X24(7)

Z=10.66-0.30X3-0.09X4+5.02×10-3S0+0.019X23+1.64×10-4X24(8)

lnY=3.41+0.23X3+1.76×10-3X4-3.22×10-4S0-0.03X23-3.73×10-6X24(9)

2#原水的多元非线性回归方程具体为式(10)至式(12)。

ΔS=-37.84+64.64X3+1.12X4+0.31S0-7.56X23-2.63×10-3X24(10)

Z=5.84+0.21X3-0.04X4+1.12×10-3S0-0.04X23+0.59×10-4X24(11)

lnY=4.06+0.50X3+4.98×10-3X4-1.21×10-3S0-0.05X23-1.17×10-5X24(12)

用回归方程式(7)至式(12)进行预测计算，并进行了验证试验，其结果见表2。预测值与试验结果基本一致，表明回归方程是可靠的。

2.2.2　工艺参数对脱硫效果的影响

pH对脱硫量的影响见图1。从图1可见，pH对脱硫量有较大的影响，且存在最佳值。根据图1推测以及式(8)、式(9)、式(11)和式(2)的计算可知，不同的PAC投加量时，Y(Z)—pH曲线也是一组平行线。