响应曲面法优化复合絮凝剂的制备工艺

为了提高染料废水中COD和色度的去除效果,采用响应曲面法对聚硅酸类新型复合絮凝剂的制备工艺进行了优化实验研究。在单因素实验基础上采用Box-Behnken Design(BBD)实验设计方法,设计出了影响染料废水处理效果的3因素3水平共15组实验,其中n(Fe+Al):n(Si)的摩尔比为4～6,n(B+Mg):n(Si)的摩尔比为0.3～0.7,熟化时间为1～3 d。根据15组实验结果,以COD去除率和色度去除率为响应值分别建立了二次多项式响应曲面模型。模型优化结果显示,在n(Fe+Al):n(Si)摩尔比为5∶1,n(B+Mg):n(Si)为0.5∶1,熟化时间为2 d的条件下,制备得到的新型复合絮凝剂聚硅酸铝铁硼镁具有最佳的絮凝处理性能和脱色效果,能有效去除染料废水中的COD和色度,其中出水色度接近于0,COD的去除率达到87.65%,模型验证实验进一步验证了本文所建立的响应曲面法在复合絮凝剂制备工艺优化中的有效性。     

Box-Behnken响应曲面法优化耐盐复合菌剂的脱氮条件

确定耐盐复合菌剂的脱氮条件是提高脱氮率的关键,为了获得最佳脱氮条件,以耐盐复合菌剂为研究对象,脱氮率为评价指标,初始氨氮浓度、m（C）：m（N）和投加量为考察因素,利用Box-Behnken响应曲面法优化耐盐复合菌剂的脱氮条件,同时通过Design-Expert 8.0.6数据处理软件得出相应的回归模型以及最优值。实验表明：最佳脱氮条件为初始氨氮浓度为121.15 mg·L-1、m（C）：m（N）为15.10、投加量为5.27%,此条件下实际脱氮率为98.45%（预测值为99.31%）。响应曲面方差分析结果表明,回归模型适应性显著,在研究区域内拟合效果好,相关性好,实验误差较小,能够真实描述各影响因素与响应值（脱氮率）之间的真实关系。     

响应曲面法中BBD和CCD在优化巯基乙酰化壳聚糖制备条件中的比较

以壳聚糖(CTS)和巯基乙酸为主要原料,通过酰胺化反应将巯基引入到CTS高分子链上,制备出高分子重金属絮凝剂巯基乙酰化壳聚糖（MACTS）。以含Cd(II)水样为考察目标,采用响应曲面法中的BBD和CCD实验对MACTS的制备条件进行优化,从残差分析、方差分析、响应面分析和优化条件等方面对BBD法和CCD法进行比较。结果表明,BBD法和CCD法建立的二次多项式模型回归性分别为显著和非常显著,模型选择均合理;BBD法和CCD法拟合模型的决定系数R2分别为0.871 0、0.919 7,模型相关性均较好;通过BBD法和CCD法优化制备条件后的MACTS处理含Cd(II)水样,Cd(II)的最低剩余浓度分别为0.83、0.76 mg·L-1。在优化MACTS的制备条件上采用CCD法更优于BBD法。     

响应曲面法优化聚硅酸铁混凝剂处理腈纶废水

为了提高聚硅酸铁（PSF）混凝剂处理腈纶废水处理效果,采用响应曲面法对实验反应条件进行优化。实验选取原水pH值、混凝剂投加量、沉降时间为自变量,COD去除率和浊度去除率为响应值,采用Box-Behnken实验设计方法,分别建立了二次多项式响应曲面模型。方差分析结果表明,该模型方程显著,模型与实际情况拟合良好,实验误差较小,可以用此模型来分析和预测聚硅酸铁混凝剂处理腈纶生化出水的最佳反应条件。模型优化结果显示,在pH值为7.44,投加量为1.74 g·L-1,沉降时间为17.26 min的条件下,响应曲面模型预测最大COD去除率为57.88%,浊度去除率为95%。     

响应曲面法优化固相反硝化的工艺条件

以一种新型可降解材料PLA/PHBV共混物为碳源和生物膜载体,对硝酸盐污染水进行反硝化脱氮。在温度为(29±1)℃,pH为(7.5±0.2)条件下,利用响应曲面法考察了进水硝态氮浓度、水力停留时间(HRT)和出水硝态氮浓度之间的关系,建立了以出水硝态氮浓度为响应值的二次多项式回归模型,模型预测值与实验值能很好吻合。方差分析结果表明,进水硝态氮浓度和HRT及其交互作用对响应值均具有显著性影响(P<0.01)。     

微生物絮凝剂M-C11处理高岭土悬浊液的响应曲面优化

采用响应曲面法对微生物絮凝剂M-C11处理高岭土悬浊液的过程参数进行优化,选取中心复合实验设计(CCD),以pH、M-C11投加量和CaCl2投加量等因素为自变量,以处理后的高岭土悬浊液絮凝率(Fr)为响应值,并借助扫描电镜对絮凝剂的作用机理进行初步探讨。结果表明,微生物絮凝剂M-C11可显著改善高岭土悬浊液的絮凝性能,且选取的3种单因素水平均可影响絮凝剂活性。经多元回归拟合分析,在M-C11投加量为2.56 mL,CaCl2 投加量为0.37 g/L的最优条件下,微生物絮凝活性实验值可达92.37%,接近模型预测值(92.30%)。CaCl2 投加量对絮凝效果的影响高于M-C11投加量(PCaCl2PM-C11)。Ca2+可中和高岭土颗粒表面负电荷,絮凝剂分子为悬浮颗粒提供吸附结合位点,促进絮体凝聚沉淀,M-C11絮凝机理是电中和、吸附架桥和网捕等联合作用的结果。     

响应曲面法优化HMBR去除TN的工艺条件

采用复合式膜生物反应器HMBR处理低C/N(3-5)实际生活污水,TN含量17~45 mg/L。基于CCD响应曲面法,考察了溶解氧DO、水力停留时间HRT和污泥龄SRT的单独作用及交互作用,并建立TN去除率数学模型。结果表明,影响因子显著性顺序为HRT>SRT>DO,三者间存在一定的交互作用,但并不显著;数学模型回归性较好,预测最大TN去除率为75%,最佳条件组合为:DO=3.79 mg/L,HRT=8.84 h,SRT=33.62 d,验证实验结果TN的去除率为73%,与预测值相比偏差仅为3%。采用HMBR处理低C/N生活污水,可以满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准中对TN≤15 mg/L的限制要求。     

响应曲面法优化炼铅高砷烟尘的浸出工艺

考察炼铅高砷烟尘中砷在水中的浸出行为.采用响应曲面法常用的中心复合设计对液固比、温度和时间工艺参数进行优化研究.结果表明,温度对砷浸出率的影响最大,时间次之,液固比最小.通过响应曲面法优化得到的最佳浸出工艺为:液固比=14:1,温度85℃,时间120 min.该条件下3次验证实验的砷浸出率平均值为89.64%,与预测值89.88%无显著差异,表明所建模型切实可行.烟尘经过二次水浸后砷的总浸出率达到98.1%.     

响应面法优化聚磷硫酸铁的制备及其应用

采用单因素实验方法,针对制备聚磷硫酸铁(PPFS)的主要影响因素加以分析,包括酸度(nH2SO4/nFe2+、碱化度和nPO34-/nFe2+等。以生活污水中总磷(TP)的去除率为考察对象,采用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析方法对主要影响因素加以优化,得到了二次响应曲面模型以及优化的水平值。结果表明,当把PPFS用于生活污水中TP的去除时,其最佳制备参数如下所列:酸度为0.1017,碱化度为12.21%,nPO34-/nFe2+为0.0560。通过回归分析,模型拟合性良好,在优化制备条件下得到的TP去除率预测值与实验值接近,误差为1.26%。     

响应曲面法优化絮凝处理木薯淀粉废水

采用中心复合实验设计和响应面分析法研究复合絮凝剂聚合氯化铝锌(PAZC)和聚合氯化铝(PAC)混凝处理木薯淀粉废水,进行设计和分析,以溶液pH值和絮凝剂用量为考察因素,分别以COD、浊度去除率为考察指标,选用最佳优化数学模型描述考察指标和考察因素之间的数学关系,并以设定PAZC和PAC对COD去除率(65%),浊度去除率(90%)和SS去除率(90%)的目标值,通过等高线叠加图预测最优实验条件,得到PAZC投量为6.5 mg/L,pH为7.7时,COD去除率和浊度去除率分别达到最大为76.6%和99.9%;PAC投量为19.2 mg/L,pH为7.8时,COD去除率和浊度去除率最大值分别为64.4%和97.1%。经对最优条件进行验证,预测值与验证实验平均值接近。     

Box-Behnken响应曲面优化铁炭微电解降解结晶紫

在单因素实验的基础上,以结晶紫脱色率为评价指标,铁炭比、反应时间与曝气量为考察因素,采用Box-Be-hnken响应曲面法优化铁炭微电解降解结晶紫的工艺条件,同时得出相应的数学模型。实验表明,在结晶紫初始浓度为100mg/L和体积为300 mL,pH为3,反应时间为80 min,铁屑的投加量为20 g,铁炭质量比为2∶1,曝气量为20 L/h的条件下,铁炭微电解对结晶紫的脱色率可达到89.6%。通过Box-Behnken响应曲面可知,铁炭比、反应时间、曝气量以及铁炭比和反应时间的交互作用对结晶紫的脱色率均有显著影响,其中曝气量对脱色率的影响尤为显著;回归模型决定系数R2=0.9067,P=0.039,表明此模型拟合程度良好,且模型显著。铁炭微电解降解结晶紫最佳的工艺条件为:铁炭比为2.4∶1,反应时间为84 min、曝气量为40 L/h,脱色率为93.25%,回归模型的预测值与测定值偏差率为2.26%。     

响应面中心组合设计法优化制备载磁活性炭

采用浸渍-碱性微波法制备载磁粉末活性炭。基于单因素实验,选定制备过程影响较显著的3个因素∶铁盐比例（n（Fe3+）∶n（Fe2+））、微波功率、微波时间,分别以碘吸附值和饱和磁化强度为响应值,通过中心组合设计及响应面分析优化制备条件。利用Design-Expert软件联合分析2个响应值的回归模型,优化得出载磁活性炭制备条件：铁盐比为1.4,微波时间为2 min,微波功率为625 W。通过对比测试不同优化条件下载磁活性炭的孔结构和磁性能,验证了优化过程的可靠性。     

CCD响应曲面法优化印染污泥木屑基活性炭制备

以印染污泥和木屑为混合原料,以NaOH为活化剂,通过化学活化法制备活性炭.对活化温度、活化时间和活化剂与基质混合比3个因素进行了研究,并采用中心组合设计(central composite design,CCD),建立了相应的二次方程.从响应曲面的方差分析中确立了对响应值影响最显著的因素依次为:活化温度、NaOH基质比和升温速率.其最佳工艺参数分别为:活化温度739℃,升温速率6.59℃/min, NaOH基质比为2.51.在最佳条件下制得碘吸附值为1 518.89 mg/g,BET比表面积为1 617.70 m2/g的活性炭.     

响应面法优化袋式除尘器脉冲清灰性能

基于计算流体动力学的方法采用三维、可压缩、非稳态流动数学模型对袋式除尘器脉冲清灰过程进行了数值模拟,得到了滤袋内外压差,并与文献实验值进行了比较,验证了仿真模型的可靠性。基于响应面法研究了喷吹压力、喷吹高度、滤袋直径和滤袋长度对脉冲清灰性能的影响,得到这4个影响因子的二次多项式预测模型,并进行优化。结果表明,喷吹压力为0.3 MPa,喷吹高度为0.2 m,滤袋直径为0.16 m,滤袋长度为6 m时,内外压差峰值最优,优化结果与仿真模拟结果相差小于3%。研究结果为袋式除尘器脉冲清灰系统的设计与优化提供了重要参考。     

微生物絮凝剂去除废水中Cd（Ⅱ）的CCD优化及絮凝机制

应用CCD（中心复合设计）法研究了微生物絮凝剂去除废水中Cd（Ⅱ）的最佳条件组合,并根据傅里叶变换红外光谱与环境扫描电镜分析讨论了絮凝机制。CCD设计以Cd（Ⅱ）去除率为响应值,优化Cd（Ⅱ）初始浓度、MBFGA1投加量、溶液初始pH和反应时间4种因素。方差分析显示,模型F值为11.71,P〈0.0001,相关系数R=0.9154,拟合模型极显著,Cd（Ⅱ）初始浓度、pH和反应时间为显著性因素。在最优化条件下：Cd（Ⅱ）初始浓度23.60 mg/L,MBFGA1投加量27.74 mg/L,pH为9.5,反应时间15.97 min,检测实验Cd（Ⅱ）去除率高于99.5%。傅里叶变换红外光谱图表明,絮凝剂分子上羧基、羟基、磷酸基等官能团参与了絮凝过程,并形成了氢键。结合环境扫描电镜图分析得出,MBFGA1的絮凝机制包括化学反应、吸附架桥、氢键和范德华力结合等作用。