響應面法優化Fenton預處理干法腈綸廢水
摘要：采用Fenton法預處理難降解干法腈綸廢水,選取H2O2用量、Fe2+用量、初始pH和反應溫度4個因素為變量,COD去除率為響應值進行中心組合設計。利用響應面法對實驗結果進行分析,建立了以COD去除率為響應值的二次多項式模型并進行了顯著性檢驗,分析了各因素單獨及交互作用對COD去除率的影響,確定了最佳反應條件,并考察了最佳條件下處理前后廢水可生化性和毒性變化。結果表明,所選取的4個因素影響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,適宜于后續的生化處理。
腈綸是一種重要的石油化工產品，廣泛應用于服裝加工、裝飾品生產和新型材料的制備等領域。根據紡絲溶劑的不同，腈綸生產工藝可以分為干法和濕法兩大類。其中，干法腈綸產品因性能優良倍受市場青睞，但其生產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助劑，且這些原料和助劑在聚合反應中又生成不同分子量的聚丙烯腈和其他副產物，導致產生的廢水中污染物含量高、組分復雜并且難以生物降解。
目前，國內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處理不足，導致生化處理工藝效能受到嚴重抑制，處理出水COD和氨氮遠高于國家排放標準。
因此，在生化處理之前，需要對該廢水進行強化預處理以降低污染負荷、改善廢水的可生化性。
Fenton法是一種典型的高級氧化技術，通過Fe2+催化H2O2產生強氧化性.OH，使廢水中難降解有毒有機物迅速氧化為可生化性較好的小分子有機物或者CO2和H2O，能有效降低廢水污染負荷，改善廢水的可生化性。由于操作簡單、反應條件溫和，并且對廢水中難降解有毒污染物去除效果好，Fenton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處理，但用于干法腈綸廢水處理的研究還鮮有報道。
響應面法 (RSM)是一種綜合實驗設計和數學建模的優化方法，通過在具有代表性的局部各點進行實驗，回歸擬合各因素與實驗結果之間的函數關系，建立連續變量曲面模型，確定實驗因素及其交互作用在工藝過程中對響應值的影響并對工藝條件進行優化。同傳統的單因素實驗和正交實驗相比，響應面法因具有實驗數據少、準確率高、直觀性強和預測性能好等優點，得到廣泛的關注和應用。
本實驗采用響應面法優化Fenton預處理干法腈綸廢水，考察了H2O2投加量、Fe2+投加量、初始PH和反應溫度4個因素單獨及其交互作用對廢水COD去除率的影響，通過建立響應曲面模型對反應條件進行了優化，確定了Fenton預處理干法腈綸廢水的最佳反應條件，并分析了最優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提供參考依據。
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