目前，含鎘廢水的處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法、電解法和膜分離法等，這些處理方法均存在不同程度的缺點(diǎn)，如化學(xué)沉淀法易造成水體二次污染，離子交換法成本高，電解法能源消耗大，膜分離法易造成膜污染堵塞等。

活性炭吸附法處理含鎘廢水操作工藝簡(jiǎn)便、吸附劑可再生，因此成為廢水處理方面極具應用價(jià)值的方法。為進(jìn)一步提高該方法的處理效率，以廢水中鎘的去除率作主要指標，在單因素實(shí)驗的基礎上，采用響應面分析法對廢水中鎘的的去除工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為鎘污染廢水的處理工作提供理論參考依據。

1、材料與方法

1．1 材料與試劑

供試材料：取自廣西南丹某工廠(chǎng)車(chē)間廢水。經(jīng)測定可知供試廢水中的pH值6.75，鎘的濃度為25.1mg/L。

活性炭。高氯酸、過(guò)氧化氫、鹽酸等。Cd標準儲備液(購自環(huán)境保護部標準樣品研究所)。

1．2 儀器與設備

pinAAde900T原子吸收分光光度計；Mars6微波消解儀；ZD－85型恒溫振蕩器等。

1．3 實(shí)驗方法

1．3．1 活性炭處理廢水的方法

量取100mL含鎘廢水到錐形瓶中，加入一定量活性炭，放入恒溫振蕩器中振蕩，一定時(shí)間后取出。對濾液進(jìn)行微波消解后測定其中鎘離子濃度。

1．3．2 廢水中鎘的測定方法

廢水中鎘濃度的測定方法參考國標(GB/T7475－87)《水質(zhì)銅、鋅、鉛、鎘的測定原子吸收分光光度法》進(jìn)行。

1．3．3 單因素實(shí)驗

(1)分別量取100mL取自廣西南丹某工廠(chǎng)車(chē)間的含鎘廢水(25.1mg/L)于5個(gè)錐形瓶中，分別加入0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g活性炭，于30℃恒溫振蕩器中振蕩1h，對濾液進(jìn)行微波消解后測定其中鎘離子濃度，由此確定活性炭最佳加入量。

(2)分別量取100mL含鎘廢水(25.1mg/L)于5個(gè)錐形瓶中，加入1.5g活性炭，分別于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃條件下振蕩1h，對濾液進(jìn)行微波消解后測定其中鎘離子濃度，由此確定最佳處理溫度。

(3)分別量取100mL含鎘廢水(25.1mg/L)于5個(gè)錐形瓶中，加入1.5g活性炭，于30℃恒溫條件下分別振蕩0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h，對濾液進(jìn)行微波消解后測定其中鎘離子濃度，由此確定最佳處理時(shí)間。

1．3．4 優(yōu)化實(shí)驗設計

在單因素實(shí)驗的基礎上，根據Box－Behnken中心組合實(shí)驗設計原理，選取活性炭用量、處理溫度、處理時(shí)間這三個(gè)對廢水中鎘去除率較為顯著(zhù)的三個(gè)因素，采用三因素三水平的響應面分析方法優(yōu)化處理工藝。實(shí)驗設計如表1所示。

2、結果與分析

2．1 單因素實(shí)驗結果

2．1．1 活性炭用量對去除率的影響

由圖1可知，隨著(zhù)活性炭用量的增加，廢水中鎘的去除率也隨之增加，當活性炭投放量為1.5g時(shí)，鎘的去除效率較高，之后隨著(zhù)活性炭用量的繼續增大，廢水中鎘的去除率變化不明顯。這是因為隨著(zhù)活性炭用量的增加，活性炭總的表面積增大，而廢水中鎘的濃度是一定的，且受到水體中各種其他條件的影響，在廢水中鎘的吸附達到一定量時(shí)，繼續增加活性炭的投放，鎘的去除率變化不大?？紤]到實(shí)際工程中的成本開(kāi)銷(xiāo)與工程量，因此選用活性炭投放量為1.5g為最適用量。

2．1．2 溫度對去除率的影響

由圖2可知，隨著(zhù)溫度的持續增加，廢水中鎘的去除率有所下降，這是因為活性炭對金屬離子的吸附行為屬于放熱過(guò)程，溫度不斷升高將不利于吸附的進(jìn)行，考慮到夏季室溫容易實(shí)現，因此選擇30℃為較適溫度。

2．1．3 時(shí)間對去除率的影響

由圖3可知，隨時(shí)間的增加，廢水中鎘的去除率也隨之增加，當時(shí)間為1.5h時(shí)，廢水中鎘的去除率達到最大，繼續增加時(shí)間對去除率的影響不大，這是因為活性炭的吸附已經(jīng)達到平衡，繼續增加處理時(shí)間對鎘的去除率影響不大，從操作簡(jiǎn)便方面考慮，因此選擇1.5h為最適時(shí)間。

2．2 響應面法實(shí)驗設計與結果分析

2．2．1 優(yōu)化實(shí)驗設計及結果

以去除率為響應值(Y)，響應面實(shí)驗設計與實(shí)驗結果見(jiàn)表2。應用DesignExpert軟件，對表2中的數據進(jìn)行多元回歸擬合，可得廢水中鎘的去除率對活性炭用量、溫度和時(shí)間的二次多項回歸方程為：Y=97.41+2.00A－1.56B+1.26C－1.81AB－0.46AC+1.70BC－7.12A2－5.35B2－4.11C2。式中，A為活性炭用量，g；B為溫度，℃；C為時(shí)間，h。

對回歸方程進(jìn)行方差分析和顯著(zhù)性檢驗，見(jiàn)表3廢水中鎘的去除率回歸分析結果。P值的大小表明模型及各考察因素的顯著(zhù)水平，P值小于0.05，表明模型或各因素有顯著(zhù)影響；P值小于0.001，表明模型或各因素極度顯著(zhù)。由表3可知：以廢水中鎘的去除率為響應值時(shí)，模型P＜0.0001，表明該二次方程模型極度顯著(zhù)，同時(shí)失擬項P=0.7907＞0.1000，表明正交實(shí)驗結果和數學(xué)模型擬合良好。各因素中一次項A、B、C及交互項AB、BC為顯著(zhù)，AC交互項不顯著(zhù)，方程二次項A2、B2、C2為極度顯著(zhù)。在所選因素水平范圍內，對廢水中鎘去除率的影響順序為A＞B＞C。

2．2．2 響應面曲面分析

根據響應面回歸分析結果，繪制相應的三維圖和等高線(xiàn)圖(見(jiàn)圖4～圖6)，以確定最佳參數及各個(gè)參數間的交互作用。圖4顯示了活性炭用量和溫度對鎘去除率的交互作用，由圖4三維圖可知，當溫度為30℃時(shí)，廢水中鎘的去除率隨著(zhù)活性炭用量的增大不斷上升后又趨于平緩。由圖4等高線(xiàn)圖可知，等高線(xiàn)橢圓形則表示活性炭用量和溫度交互作用顯著(zhù)；圖5顯示了活性炭用量和時(shí)間對鎘去除率的交互作用，圖5三維圖顯示當溫度為30℃時(shí)，廢水中鎘的去除率隨著(zhù)活性炭用量的增大不斷上升后又趨于平緩。由圖5等高線(xiàn)圖可知，等高線(xiàn)呈圓形則表示活性炭用量和時(shí)間交互作用不顯著(zhù)。圖6顯示了溫度和時(shí)間對鎘去除率的交互作用，圖6三維圖顯示當時(shí)間確定時(shí)，廢水中鎘的去除率隨著(zhù)溫度的升高呈下降趨勢。由圖5等高線(xiàn)圖可知，等高線(xiàn)呈橢圓形則表示活性炭用量和時(shí)間交互作用顯著(zhù)。這與表3中的方差分析結果相符合。

2．2．3 最佳條件的預測及驗證

通過(guò)回歸模型的預測，得到廢水中鎘的最佳去除工藝條件為：當廢水中鎘的初始濃度為25.1mg/L時(shí)，活性炭用量為1.58g/100mL，溫度為28.09℃，時(shí)間為1.53h，在此條件下鎘的預測去除率為98.10%。在此最佳條件下進(jìn)行3次平行驗證實(shí)驗，三次測得鎘的去除率平均值為97.55%，與預測值98.10%的相對誤差為0.28%。實(shí)驗測定值和理論值的相對誤差小于5%，證明此實(shí)驗設計是可靠的。

3、結論

單因素實(shí)驗結果表明：鎘的去除率會(huì )隨著(zhù)活性炭用量的增加、時(shí)間的延長(cháng)有所增加，隨著(zhù)溫度的升高鎘的去除率有所下降；在單因素實(shí)驗的基礎上，采用響應面法對有效態(tài)砷去除工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，確定最佳工藝條件是：當廢水中鎘的初始濃度為25.1mg/L時(shí)，活性炭用量為1.58g/100mL，溫度為28.09℃，時(shí)間為1.53h，在此條件下廢水中鎘的去除率可達到97.55%。（來(lái)源：廣西壯族自治區環(huán)境監測中心站）