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【蘭州純水設(shè)備http://m.smarts-edu.cn】印刷油墨廢水成分復雜，色度大，有機物含量高（COD可達20g/L左右，有的高達300g/L），生物降解性很低，大多具有潛在毒性，是極難處理的工業(yè)廢水之一。直接排放會破壞水生生態(tài)環(huán)境，造成水體嚴重污染純水設(shè)備。目前我國對油墨廢水的處理方法主要有物理、化學和生物處理或者幾種處理技術(shù)組合以強化處理效果，以上常規(guī)的水處理方法已不能滿足處理要求。研發(fā)高效新型的油墨廢水（預）處理方法和技術(shù)純水設(shè)備，是此類廢水處理的難點之一。高級氧化技術(shù)作為一種新環(huán)境凈化技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。其中，Fenton氧化技術(shù)能夠有效去除廢水的COD，能使許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、甚至很難被生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為無毒無害可生物降解的低分子物質(zhì)，可提高生物處理有效性和經(jīng)濟可行性，同時具有設(shè)備簡單、反應條件溫和、高效等優(yōu)點，在印染廢水的深度處理中有較好的應用前景。響應曲面法是一種綜合實驗設(shè)計和數(shù)學建模的優(yōu)化方法，是一種可靠的研究廢水處理過程的分析方法，可以有效地分析過程參數(shù)單獨的及相互作用對響應量的影響。利用響應曲面法對有限的實驗點進行分析得到模型，可預測目標值的具體工藝條件，能大大地減少實驗的次數(shù)和時間。本文以油墨廢水為研究對象，采用Fenton試劑氧化降解廢水中的有機污染物，利用Box-Behnken分析法，以廢水的COD去除率為響應值純水設(shè)備，對影響其降解的關(guān)鍵因素（初始pH值、H2O2投加量及FeSO4投加量）進行優(yōu)化并得到最佳條件。

    1實驗材料與方法

    1.1實驗材料

    1.1.1實驗水樣和藥品

    實驗水樣：水樣取自河北省某廠實際油墨廢水，經(jīng)分析原始廢水COD高達200~250g/L，pH值為8.2，色度約為15000倍（稀釋倍數(shù)法），渾濁，墨綠色純水設(shè)備，有較濃臭味。由于原始COD太高，直接處理原廢水，COD去除率不理想，經(jīng)試驗確定采用將原水水樣稀釋500倍之后進行研究。

    藥品：FeSO4·7H2O，H2O2（質(zhì)量分數(shù)為30%），濃H2SO4和NaOH，均為分析純。

    1.1.2所用儀器

    PHS-3C數(shù)字酸度計、JB-1A磁力攪拌器、JA2003N分析天平、紫外燈（20W低壓汞燈）、5B-C型COD快速測定儀及常用玻璃器皿若干。

    1.2方法

    1.2.1實驗方法

    量取100mL水樣（COD值約為487.6mg/L，色度約為26，pH值為8.4）于燒杯中，向溶液中加入一定量FeSO4，調(diào)節(jié)pH值為一定值純水設(shè)備，再加入一定量的H2O2，在室溫下，置于磁力攪拌器上進行攪拌反應一定時間后，將溶液pH調(diào)節(jié)至10左右。靜置一段時間后過濾，取濾液進行分析，考察初始pH值、H2O2投加量、FeSO4投加量對油墨廢水COD的影響規(guī)律。

    1.2.2分析方

    COD采用化學需氧量速測儀測定。

    2結(jié)果與討論

    2.1響應曲面設(shè)計與分析

    2.1.1響應曲面分析方案與結(jié)果

   依據(jù)前期單因素的研究結(jié)果，得到明顯影響Fenton氧化油墨廢水的因素有：初始pH值，H2O2投加量，FeSO4投加量，對3因素及其水平進行設(shè)計。利用DesignExpert8.0軟件，采用Box-Behnken設(shè)計方案，設(shè)計響應曲面，對Fenton氧化處理油墨廢水的COD去除率進行優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝。以COD去除率為響應值純水設(shè)備，初始pH值、H2O2投加量及FeSO4投加量為自變量。其中x1，x2和x3分別為初始pH值，H2O2投加量，FeSO4投加量，并以-1，0，+1代表3因素的水平，按方程Xi=（xi-x0）/Δx對自變量進行編碼。其中，Xi為變量的編碼值；xi為變量的真實值；x0為實驗中心點處變量的真實值；Δx為變量的變化步長。自變量因素編碼及水平見表1。

    2.1.2響應曲面法設(shè)計實驗結(jié)果

    響應曲面法設(shè)計實驗，利用統(tǒng)計軟件DesignExpert8.0中的ANOVA（analysisofvariance，方差分析）進行分析。結(jié)果列于表2。 

    2.1.3模型方程及顯著性檢驗

   應用統(tǒng)計軟件DesignExpert8.0對表2中的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到Fenton試劑氧化油墨廢水的二元多項式回歸方程：

    η=82.72+6.48X1-2.19X2+0.69X3-0.35X1X2-0.15X1X3+0.17X2X3-8.00X12-9.67X22-5.42X32

    式中，η為COD去除率的預測值，X1、X2和X3分別為初始pH值、H2O2投加量（mg/L）、FeSO4投加量（mg/L）。對該回歸方程進行的方差分析見表3。

    由表3回歸方程的方差分析（ANOVA）可知，該模型顯著性高，X1，X2，X12，X22和X32的Prob>F值均小于0.0001，為極顯著性影響因素，X3的P值為0.005小于0.05，說明其是顯著性影響因素。其中初始pH值對油墨廢水COD降解率的影響最大，其次是H2O2投加量，FeSO4投加量。由表3得出，模型的適應性非常顯著純水設(shè)備（F值為1399.36，P＜0.0001），模型的失擬項不顯著（P=0.3079＞0.05），說明回歸方程描述各因子與響應值之間的非線性方程關(guān)系是顯著的，也就是說明這種實驗方法是可靠的；并且多元相關(guān)系數(shù)R2=0.9994，說明該模型能解釋99.94%響應值的變化，即該模型與實際實驗擬合良好，R2Adj-R2Pred=0.9987-0.9947=0.0040＜0.2；CV=0.44%＜10%，表明模型的可信度和精密度高。綜上所述，說明在研究區(qū)域內(nèi)該回歸方程能夠很好地模擬真實的曲面，模型的精密度、可信度和精確度均在可行的范圍內(nèi)，因此可用該回歸模型對Fenton氧化油墨廢水中的COD優(yōu)化實驗條件進行分析、預測。

    2.1.4雙因子交互效應分析

    根據(jù)回歸方程，各因素之間兩兩作等高線圖以及3D圖，圖1、2、3顯示了初始pH值、H2O2投加量、FeSO4投加量之間兩兩因素對COD去除率的交互效應。

    圖1顯示了H2O2投加量和初始pH值對COD去除率的影響。由響應曲面圖可以明顯得出，COD去除率隨初始pH值和H2O2投加量的增大，先增大到一定程度后開始降低，而在H2O2投加量362~972mg/L，初始pH值2.35~3.00的不規(guī)則區(qū)域，COD的去除率均在80.0%以上；其中COD去除率對初始pH的變化比對H2O2投加量的變化更為敏感。圖2顯示了FeSO4投加量和初始pH值交互影響，在FeSO4投加量717~888mg/L，初始pH值2.35~3.00的不規(guī)則區(qū)域，COD的去除率均在80.0%以上；其中COD去除率對初始pH的變化比對FeSO4投加量的變化更為敏感。圖3顯示了H2O2投加量和FeSO4投加量交互作用對COD去除率的影響，在H2O2投加量362~972mg/L，FeSO4投加量717~888mg/L，COD的去除率均在80.0%以上；其中COD去除率對H2O2投加量的變化比對FeSO4投加量的變化更為敏感。因此初始pH值、H2O2投加量，FeSO4投加量對COD去除率的影響大小為：初始pH值＞H2O2投加量＞FeSO4投加量。

    2.2模型的驗證

    為了求解獲得COD去除率最大時的參數(shù)值，根據(jù)響應曲面模型求解帶入約束條件的最大值MaximizeCOD。在油墨廢水處理的各種影響因素中，初始pH值對COD去除率影響最為顯著，其次是H2O2投加量和FeSO4投加量。因此在此約束條件內(nèi)求得最大值為COD為84.2%，其中X1=2.7，X2=779，X3=806。為此對預測結(jié)果進行驗證，采用在最優(yōu)條件下進行實驗，實驗進行了3組，得到油墨廢水COD去除率平均值為82.8%，與回歸方程得到的預測值相比偏差僅為1.66%，說明實驗值與預測值之間的擬合性良好純水設(shè)備，證明該模型對Fenton氧化處理油墨廢水的條件進行分析和預測較為準確可靠，精密度高、預測性好，對工程實際有一定的實踐意義，具有實用價值。

    3結(jié)論

    （1）采用響應曲面法的Box-Behnken模型設(shè)計研究Fenton氧化處理油墨廢水的優(yōu)化實驗條件，以油墨廢水的COD去除率為響應值建立二次多項式回歸方程具有高度顯著性（P<0.0001），R2=0.9994，且失擬項不顯著，回歸方程與實際情況擬合良好，可選用該模型對油墨廢水COD去除率優(yōu)化實驗條件進行分析、預測。

    （2）Fenton氧化處理油墨廢水的3個參數(shù)對COD去除率的影響兩兩之間有一定的交互作用，其中初始pH值，H2O2投加量，FeSO4投加量對COD去除率的影響大小為：初始pH值＞H2O2投加量＞FeSO4投加量。

    （3）按照數(shù)據(jù)處理獲得的優(yōu)化參數(shù)：初始pH值2.7，H2O2投加量779mg/L，FeSO4投加量806mg/L，該條件下的預測值為84.2%，在最優(yōu)條件進行實驗，對預測值進行驗證，得到油墨廢水COD去除率為82.8%，實驗結(jié)論和模擬值擬合性良好，偏差僅為1.66%。更多環(huán)保及純水處理設(shè)備資訊請關(guān)注皙全蘇州純水設(shè)備網(wǎng)。