響應(yīng)面法優(yōu)化Fenton預(yù)處理干法腈綸廢水
摘要：采用Fenton法預(yù)處理難降解干法腈綸廢水,選取H2O2用量、Fe2+用量、初始pH和反應(yīng)溫度4個(gè)因素為變量,COD去除率為響應(yīng)值進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)。利用響應(yīng)面法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,建立了以COD去除率為響應(yīng)值的二次多項(xiàng)式模型并進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn),分析了各因素單獨(dú)及交互作用對COD去除率的影響,確定了最佳反應(yīng)條件,并考察了最佳條件下處理前后廢水可生化性和毒性變化。結(jié)果表明,所選取的4個(gè)因素影響COD去除率的主次順序依次為:H2O2用量、Fe2+用量、初始pH和反應(yīng)溫度;在H2O2濃度為90.0 mmol/L、Fe2+濃度為23.9 mmol/L、初始pH值為3.4、溫度為38.5℃的最佳條件下,COD去除率為53.8%,與模型預(yù)測值51.9%吻合度較高,偏差僅為3.66%;最佳條件下處理后廢水可生化性顯著提高,生物毒性明顯降低,適宜于后續(xù)的生化處理。
腈綸是一種重要的石油化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于服裝加工、裝飾品生產(chǎn)和新型材料的制備等領(lǐng)域。根據(jù)紡絲溶劑的不同，腈綸生產(chǎn)工藝可以分為干法和濕法兩大類。其中，干法腈綸產(chǎn)品因性能優(yōu)良倍受市場青睞，但其生產(chǎn)過程中需要加入丙烯腈(AN)二甲基甲酰胺(DMF)、壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO)和EDTA等20多種化工原料和有機(jī)助劑，且這些原料和助劑在聚合反應(yīng)中又生成不同分子量的聚丙烯腈和其他副產(chǎn)物，導(dǎo)致產(chǎn)生的廢水中污染物含量高、組分復(fù)雜并且難以生物降解。
目前，國內(nèi)幾家大型干法腈綸廠均采用”厭氧-好氧-活性炭”的生化處理工藝，由于廢水中難降解污染物含量高并且預(yù)處理不足，導(dǎo)致生化處理工藝效能受到嚴(yán)重抑制，處理出水COD和氨氮遠(yuǎn)高于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
因此，在生化處理之前，需要對該廢水進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)處理以降低污染負(fù)荷、改善廢水的可生化性。
Fenton法是一種典型的高級氧化技術(shù)，通過Fe2+催化H2O2產(chǎn)生強(qiáng)氧化性.OH，使廢水中難降解有毒有機(jī)物迅速氧化為可生化性較好的小分子有機(jī)物或者CO2和H2O，能有效降低廢水污染負(fù)荷，改善廢水的可生化性。由于操作簡單、反應(yīng)條件溫和，并且對廢水中難降解有毒污染物去除效果好，F(xiàn)enton法已廣泛用于石化、印染以及垃圾滲濾液等難降解有毒有害廢水的處理或預(yù)處理，但用于干法腈綸廢水處理的研究還鮮有報(bào)道。
響應(yīng)面法 (RSM)是一種綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模的優(yōu)化方法，通過在具有代表性的局部各點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，回歸擬合各因素與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的函數(shù)關(guān)系，建立連續(xù)變量曲面模型，確定實(shí)驗(yàn)因素及其交互作用在工藝過程中對響應(yīng)值的影響并對工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。同傳統(tǒng)的單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)相比，響應(yīng)面法因具有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)少、準(zhǔn)確率高、直觀性強(qiáng)和預(yù)測性能好等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。
本實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面法優(yōu)化Fenton預(yù)處理干法腈綸廢水，考察了H2O2投加量、Fe2+投加量、初始PH和反應(yīng)溫度4個(gè)因素單獨(dú)及其交互作用對廢水COD去除率的影響，通過建立響應(yīng)曲面模型對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定了Fenton預(yù)處理干法腈綸廢水的最佳反應(yīng)條件，并分析了最優(yōu)條件下處理前后廢水可生化性和毒性的變化，以期為干法腈綸廢水處理新工藝的開發(fā)提供參考依據(jù)。
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