海帶漂燙工藝廢水的無(wú)害化處理研究

1、 本科畢業(yè)設(shè)論文題目 海帶漂燙工藝廢水的無(wú)害化處理研究 學(xué)院名稱 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 導(dǎo)師姓名 2013年 6 月 6 日目 錄摘 要.4ABSTRACT.5第一章 緒 論.61.1海帶漂燙工藝.6 1.1.1工藝概述.61.2海帶漂燙廢水.61.2.1漂燙廢水概述.61.2.2工業(yè)處理方法簡(jiǎn)介.61.3 COD.71.3.1 COD簡(jiǎn)介.71.3.2 COD測(cè)定方法.81.4 Fenton試劑.101.4.1 Fenton試劑簡(jiǎn)介.101.4.2 Fenton試劑的作用原理.101.5正交實(shí)驗(yàn).11 1.5.1 正交實(shí)驗(yàn)的方法.111.6 課題研究.12 1.6.1課題研究的目的和意義.13

2、1.6.2課題研究的內(nèi)容.13第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法.142.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑.142.1.1實(shí)驗(yàn)儀器.142.1.2實(shí)驗(yàn)樣品與試劑.142.2實(shí)驗(yàn)方法.142.2.1廢水處理最佳條件的確定.142.2.2實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容.14 2.2.2.1 COD的測(cè)定.14 2.2.2.2 正交實(shí)驗(yàn).15 2.2.2.3 單因素實(shí)驗(yàn).15第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.173.1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.173.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.17 3.2.1pH值的影響.17 3.2.2 Fe2+濃度的影響.18 3.2.3 H2O2濃度的影響.18 3.2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響.19 3.2.5 反應(yīng)溫度的影響.20第4章

3、結(jié)論.214.1 確定廢水處理的最佳條件.214.2 Fenton試劑處理褐藻膠生產(chǎn)廢水應(yīng)該注意的問(wèn)題.214.3 Fenton試劑處理褐藻膠生產(chǎn)廢水的應(yīng)用展望.21參考文獻(xiàn).23致謝.24摘要本實(shí)驗(yàn)是以褐藻膠生產(chǎn)廢水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，用Fenton試劑通過(guò)催化劑Fe2+催化分解產(chǎn)生羥基自由基（OH·），并引發(fā)更多的自由基一起進(jìn)攻有機(jī)物分子，使有機(jī)物被氧化為CO2、H2O等無(wú)機(jī)物。由于在處理廢水時(shí)，F(xiàn)enton試劑的氧化效果受到多因素影響，所以先是用L16（54）的正交表來(lái)進(jìn)行研究，以確定哪個(gè)因素對(duì)COD的去除率影響最大。然后再進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，以確定pH、Fe2+、溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度

4、、H2O2對(duì)COD的去除率影響大小，其中：（1）由于Fe2+在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值，所以Fenton試劑只能在酸性條件下發(fā)生作用，在中性和堿性環(huán)境中，F(xiàn)e2+不能催化H2O2產(chǎn)生OH·。（2）在Fenton試劑反應(yīng)中，F(xiàn)e2+起到催化的作用，是H2O2產(chǎn)生自由基的必要條件。當(dāng)其濃度較低時(shí)，自由基的產(chǎn)生量小，速度慢，使整個(gè)過(guò)程受到限制；濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)將H2O2還原且被氧化為Fe3+，造成廢水的色度增加。（3）H2O2濃度低時(shí)，隨著其濃度增加，產(chǎn)生的自由基的量也會(huì)增高。（4）根據(jù)加入試劑后COD的去除率來(lái)確定最佳反應(yīng)時(shí)間。（5）溫度過(guò)低時(shí)，反應(yīng)速率慢，影響自由基的產(chǎn)生；過(guò)高

5、時(shí)會(huì)伴隨其他副反應(yīng)的增多。實(shí)驗(yàn)表明：以上五個(gè)因素對(duì)褐藻膠廢水降解效果的影響程度依次是Fe2+濃度>反應(yīng)時(shí)間>反應(yīng)溫度>pH值>H2O2濃度。實(shí)驗(yàn)確定的降解褐藻膠廢水的最佳條件為Fe2+濃度：4.0mol/L，反應(yīng)時(shí)間：60min，反應(yīng)溫度：40°C,pH=3.0,H2O2濃度為0.10mol/L；在此條件下COD的去除率為59.5%，處理后廢水的COD為60mgO2/L，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。Fenton試劑 褐藻膠廢水 COD去除率 正交實(shí)驗(yàn) 單因素實(shí)驗(yàn)ABSTRACTthe entire process is restricted; if the concent

6、ration is too high, and the reduction of H2O2 will be oxidized to Fe3 +, resulting in wastewater color increases. (3) If the H2O2 concentration is low, as the concentration increases, the amount of free radicals is also increased. (4) According to the COD removal after reagent to determine

7、 the best response time. (5)If the temperature is too low, the reaction rate is slow, the impact of free radicals;if it is too high, the side reaction is accompanied by an increase in the other. Experiments show that: the above five factors alginate wastewater degradation followed by the d

8、egree of influence Fe2 + concentration>reactiontime>temperature>pHvalues>H2O2concentration. Degradation of alginate experimentally determined the optimum conditions for the wastewater Fe2 + concentration: 4.0mol / L, reaction time: 60min, reaction temperature: 40 ° C, pH = 3.0, H2O2

9、 concentration of 0.10mol / L; in this condition the COD removal rate was 59.5%, the treated wastewater COD was 60mgO2 / L, reaching emission standards.第一章 緒論1.1海帶漂燙工藝 海帶作為一種綠色保健食品, 味道鮮美, 含有豐富的碘、維生素、礦物質(zhì)、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪酸等多種營(yíng)養(yǎng)成分和生理活性成分, 隨著目前人們食品消費(fèi)觀點(diǎn)向保健營(yíng)養(yǎng)方面的轉(zhuǎn)變, 海帶大大受到國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的青睞, 市場(chǎng)上供不應(yīng)求。但海帶漂燙加工廢水的處理卻成

10、為一時(shí)的難題，長(zhǎng)期以來(lái)不被重視，一般不經(jīng)處理就直接排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。工藝概述燙煮是加工鹽漬海帶關(guān)鍵工序, 主要技術(shù)參數(shù)是漂燙時(shí)間和水溫。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則海帶軟化, 易早褪色和變質(zhì); 時(shí)間過(guò)短, 色不均勻; 水溫太低, 海帶葉由褐色變綠較困難, 因此要嚴(yán)格控制時(shí)間和水溫。漂燙時(shí)先將清潔海水加熱, 再將海帶均勻放入水中,水量要多, 水溫要均勻。漂燙溫度應(yīng)控制在95°C±5 °C,時(shí)間根據(jù)海帶的厚薄一般控制在25 s 50 s, 以燙至海帶呈翠綠色為最好。 從燙煮段出來(lái)的海帶, 直接送進(jìn)冷卻段,以清潔海水淋浴方式進(jìn)行冷卻, 所用的海水量一般是海帶的20 倍 4

11、0 倍。冷卻水溫越低越好, 一般使海帶冷卻至10°C 15°C為合適。冷卻在于使海帶變脆、去除海帶在高溫漂燙時(shí)產(chǎn)生的粘液以及防止海帶在鹽漬過(guò)程中溫度過(guò)高而使海帶發(fā)熱變質(zhì)或變黃。1.2海藻膠生產(chǎn)廢水海藻膠廢水特性工業(yè)處理方法簡(jiǎn)介1.3 COD1.3.1 COD簡(jiǎn)介廢水、廢水處理廠出水和受污染的水中，能被強(qiáng)氧化劑氧化的物質(zhì)（一般為有機(jī)物）的氧當(dāng)量。在河流污染和工業(yè)廢水性質(zhì)的研究以及廢水處理廠的運(yùn)行管理中，它是一個(gè)重要的而且能較快測(cè)定的有機(jī)物污染參數(shù)，常以符號(hào)COD表示?；瘜W(xué)需氧量表示在強(qiáng)酸性條件下重鉻酸鉀氧化一升污水中有機(jī)物所需的氧量，可大致表示污水中的有機(jī)物量。COD是指標(biāo)水

12、體有機(jī)污染的一項(xiàng)重要指標(biāo),能夠反應(yīng)出水體的污染程度。所謂化學(xué)需氧量（COD），是在一定的條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個(gè)指標(biāo)。水中的還原性物質(zhì)有各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等。但主要的是有機(jī)物。因此，化學(xué)需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量越大，說(shuō)明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重?；瘜W(xué)需氧量（COD）的測(cè)定，隨著測(cè)定水樣中還原性物質(zhì)以及測(cè)定方法的不同，其測(cè)定值也有不同。目前應(yīng)用最普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法。高錳酸鉀（KMnO4）法，氧化率較低，但比較簡(jiǎn)便，在測(cè)定水樣中有機(jī)物含量的相對(duì)比較值

13、時(shí)，可以采用。重鉻酸鉀（K2Cr2O7）法，氧化率高，再現(xiàn)性好，適用于測(cè)定水樣中有機(jī)物的總量。有機(jī)物對(duì)工業(yè)水系統(tǒng)的危害很大。含有大量的有機(jī)物的水在通過(guò)除鹽系統(tǒng)時(shí)會(huì)污染離子交換樹(shù)脂，特別容易污染陰離子交換樹(shù)脂，使樹(shù)脂交換能力降低。有機(jī)物在經(jīng)過(guò)預(yù)處理時(shí)（混凝、澄清和過(guò)濾），約可減少50%，但在除鹽系統(tǒng)中無(wú)法除去，故常通過(guò)補(bǔ)給水帶入鍋爐，使?fàn)t水pH值降低。有時(shí)有機(jī)物還可能帶入蒸汽系統(tǒng)和凝結(jié)水中，使pH降低，造成系統(tǒng)腐蝕。在循環(huán)水系統(tǒng)中有機(jī)物含量高會(huì)促進(jìn)微生物繁殖。因此，不管對(duì)除鹽、爐水或循環(huán)水系統(tǒng)，COD都是越低越好，但并沒(méi)有統(tǒng)一的限制指標(biāo)。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中COD（KMnO4法）>5mg/L

14、時(shí)，水質(zhì)已開(kāi)始變差。在飲用水的標(biāo)準(zhǔn)中類和類水化學(xué)需氧量(COD)15、類水化學(xué)需氧量(COD)20、類水化學(xué)需氧量(COD)30、類水化學(xué)需氧量(COD)40。COD的數(shù)值越大表明水體的污染情況越嚴(yán)重。 COD測(cè)定方法重鉻酸鹽法化學(xué)需氧量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法以我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T11914水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO6060水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定為代表，該方法氧化率高，再現(xiàn)性好，準(zhǔn)確可靠，成為國(guó)際社會(huì)普遍公認(rèn)的經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法。其測(cè)定原理為：在硫酸酸性介質(zhì)中，以重鉻酸鉀為氧化劑，硫酸銀為催化劑，硫酸汞為氯離子的掩蔽劑，消解反應(yīng)液硫酸酸度為9mol/L，加熱使消解反應(yīng)液沸騰，148±

15、2的沸點(diǎn)溫度為消解溫度。以水冷卻回流加熱反應(yīng)反應(yīng)2h，消解液自然冷卻后，以試亞鐵靈為指示劑，以硫酸亞鐵銨溶液滴定剩余的重鉻酸鉀，根據(jù)硫酸亞鐵銨溶液的消耗量計(jì)算水樣的COD 值。所用氧化劑為重鉻酸鉀，而具有氧化性能的是六價(jià)鉻，故稱為重鉻酸鹽法。然而這一經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法還是存在不足之處：回流裝置占的實(shí)驗(yàn)空間大，水、電消耗較大，試劑用量大，操作不便，難以大批量快速測(cè)定。高錳酸鉀法以高錳酸鉀作氧化劑測(cè)定COD，所測(cè)出來(lái)的稱為高錳酸鉀指數(shù)。分光光度法以經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法為基礎(chǔ)，重鉻酸鉀氧化有機(jī)物物質(zhì)，六價(jià)鉻生成三價(jià)鉻，通過(guò)六價(jià)鉻或三價(jià)鉻的吸光度值與水樣COD 值建立的關(guān)系，來(lái)測(cè)定水樣COD 值。采用上述原理，國(guó)外

16、最主要代表方法是美國(guó)環(huán)保局EPA.Method 0410.4 自動(dòng)的手動(dòng)比色法、美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM：D12522000水的化學(xué)需氧量的測(cè)定方法B密封消解分光光度法和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO157052002水質(zhì)化學(xué)需氧量（COD）的測(cè)定小型密封管法。我國(guó)是國(guó)家環(huán)?？偩纸y(tǒng)一方法快速密閉催化消解法（含分光度法）?？焖傧夥ń?jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)方法是回流2h 法，人們?yōu)樘岣叻治鏊俣龋岢龈鞣N快速分析方法。主要有兩種方法：一是提高消解反應(yīng)體系中氧化劑濃度，增加硫酸酸度，提高反應(yīng)溫度，增加助催化劑等條件來(lái)提高反應(yīng)速度的方法。國(guó)內(nèi)方法以GB/T144201993鍋爐用水和冷卻用水分析方法化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鉀快速法

17、及國(guó)家環(huán)保總局推薦的統(tǒng)一方法庫(kù)侖法和快速密閉催化消解法（含光度法）為該方法的代表。國(guó)外以德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法DIN38049 T.43 水的化學(xué)需氧量的測(cè)定快速法為代表。上述方法同經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法相比，消解體系硫酸酸度由9.0mg/l 提高到10.2mg/l，反應(yīng)溫度由150提高到165，消解時(shí)間由2h 減少到10min15min。二是改變傳統(tǒng)的靠導(dǎo)熱輻射加熱消解的方式，而采用微波消解技術(shù)提高消解反應(yīng)速度的方法。由于目前微波爐種類繁多，功率不一，很難試驗(yàn)出統(tǒng)一功率和時(shí)間，以求達(dá)到最好的消解效果。微波爐的價(jià)格也很高，較難制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法?？焖傧夥止夤舛确ɑ瘜W(xué)需氧量（COD）測(cè)定方法無(wú)論是回流容量法、快速

18、法還是光度法，都是以重鉻酸鉀為氧化劑，硫酸銀為催化劑，硫酸汞為氯離子的掩蔽劑，在硫酸酸性條件測(cè)定COD 消解體系為基礎(chǔ)的測(cè)定方法。在此基礎(chǔ)，人們?yōu)檫_(dá)到節(jié)省試劑減少能耗、操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確可靠為目的開(kāi)展了大量研究工作。快速消解分光光度法綜合了上述各種方法的優(yōu)點(diǎn)，是指采用密封管作為消解管，取小計(jì)量的水樣和試劑于密封管中，放入小型恒溫加熱皿中，恒溫加熱消解，并用分光光度法測(cè)定COD 值；密封管規(guī)格為16mm 長(zhǎng)度100mm150 mm壁厚度為1.0mm1.2 mm 的開(kāi)口為螺旋口，并加有螺旋密封蓋。該密封管具有耐酸，耐高溫，抗壓防爆裂性能。一種密封管可作為消解用，稱為消解管。另一種型密封管即可作為

19、消解用，還可作為比色管用于比色用，稱為消解比色管。小型加熱消解器以鋁塊為加熱體，加熱孔均勻分布?？讖?6.1mm，孔深50mm 100mm，設(shè)定的加熱溫度為消解反應(yīng)溫度。同時(shí)，由于密封管適宜的尺寸，消解反應(yīng)液占據(jù)密封管適宜的空間比例。盛有消解反應(yīng)液的密封管一部分插入加熱器加熱孔中，密封管底部恒定165溫度加熱；密封管上部高出加熱孔而暴露在空間，在空氣自然冷卻下使管口頂部降到85左右；溫度的差異確保了小型密封管中反應(yīng)液在該恒溫下處于微沸騰回流狀態(tài)。緊湊的COD 反應(yīng)器可放置25 只密封管。采用密封管消解反應(yīng)后，消解液轉(zhuǎn)入比色皿可在一般光度計(jì)上測(cè)定，用密封比色管消解后可直接用密封比色管在COD 專

20、用光度計(jì)上測(cè)定。在600nm 波長(zhǎng)可測(cè)定COD 值為100mg/L1000mg/L 的試樣，在440nm 波長(zhǎng)處可測(cè)定COD 值為15mg/L250mg/L 的試樣。該方法具有占用空間小，能耗小，試劑用量小，廢液減到最小程度，能耗小，操作簡(jiǎn)便，安全穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠，適宜大批量測(cè)定等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法的不足。4-61.4 Fenton試劑 Fenton試劑簡(jiǎn)介過(guò)氧化氫與催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱為Fenton試劑。在催化劑作用下，過(guò)氧化氫能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化。Fenton試劑一般在pH 3.5下進(jìn)行，在該pH值時(shí)羥基自由

21、基生成速率最大。工業(yè)廢水處理1.4.2 Fenton試劑的作用原理自發(fā)現(xiàn)Fenton試劑以來(lái)，其反應(yīng)原理的研究吸引了眾多科學(xué)研究人員，但到現(xiàn)在還是不甚明了。目前公認(rèn)的是Fenton試劑通過(guò)催化劑OH+ (1) OHOHHO2+ HO2HO2 HO2HO2+HO2+ HO2OH HO2OH HO2OH·+OH· (11) (12)從以上可以看出，F(xiàn)enton試劑之所以具有非常強(qiáng)的氧化能力，是因?yàn)檫^(guò)氧化氫在催化劑亞鐵離子的存在下能分解生成氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基OH·(其氧化電位高達(dá)+28 V)，幾乎可以氧化所有的有機(jī)物，尤其適合用于生物難降解性或一般化學(xué)氧化難以奏效

22、的有機(jī)廢水的處理。10-141.5正交實(shí)驗(yàn)正交實(shí)驗(yàn)法就是利用排列整齊的表 -正交表來(lái)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)通過(guò)少數(shù)的實(shí)驗(yàn)次數(shù)找到較好的生產(chǎn)條件，以達(dá)到最高生產(chǎn)工藝效果。正交表能夠在因素變化范圍內(nèi)均衡抽樣，使每次試驗(yàn)都具有較強(qiáng)的代表性，由于正交表具備均衡分散的特點(diǎn)，保證了全面實(shí)驗(yàn)的某些要求，這些試驗(yàn)往往能夠較好或更好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：第一，是怎樣安排實(shí)驗(yàn)；第二，是怎樣分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.5.1 正交實(shí)驗(yàn)的方法我們知道如果有很多的因素變化制約著一個(gè)事件的變化，那么為了弄清楚各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要性，必須通過(guò)做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(仿真也可以說(shuō)是實(shí)驗(yàn)，只不過(guò)試驗(yàn)設(shè)

23、備是計(jì)算機(jī))，如果因素很多，而且每種因素又有多種變化(專業(yè)稱法是：水平)，那么實(shí)驗(yàn)量會(huì)非常的大，顯然是不可能每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都做的。正交試驗(yàn)法就是一種能夠大幅度減少試驗(yàn)次數(shù)而且并不會(huì)降低試驗(yàn)可行度的方法。首先需要選擇一張和你的實(shí)驗(yàn)因素水平相對(duì)應(yīng)的正交表，已經(jīng)有數(shù)學(xué)家制好了很多相應(yīng)的表，你只需找到對(duì)應(yīng)你需要的就可以了。所謂正交表，也就是一套經(jīng)過(guò)周密計(jì)算得出的現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)方案，他告訴你每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，用那幾個(gè)水平互相匹配進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這套方案的總實(shí)驗(yàn)次數(shù)是遠(yuǎn)小于每種情況都考慮后的實(shí)驗(yàn)次數(shù)的。比如3水平4因素表就只有9行，遠(yuǎn)小于遍歷試驗(yàn)的81次；我們同理可推算出如果因素水平越多，試驗(yàn)的精簡(jiǎn)程度會(huì)越高。建立好實(shí)驗(yàn)表后

24、，根據(jù)表格做實(shí)驗(yàn)，然后就是數(shù)據(jù)處理了。由于試驗(yàn)次數(shù)大大減少，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理非常重要。首先可以從所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找到最優(yōu)的一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)然，這個(gè)數(shù)據(jù)肯定不是最佳匹配數(shù)據(jù)，但是肯定是最接近最佳的了。接下來(lái)將各個(gè)因素當(dāng)中同水平的實(shí)驗(yàn)值加和(注:正交表的一個(gè)特點(diǎn)就是每個(gè)水平在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的次數(shù)是相同的)，就得到了各個(gè)水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表，從這個(gè)表當(dāng)中又可以得到一組最優(yōu)的因素，通過(guò)比較前一個(gè)因素，可以獲得因素變化的趨勢(shì)，指導(dǎo)更進(jìn)一步的試驗(yàn)。各個(gè)因素中不同水平試驗(yàn)值之間也可以進(jìn)行如極差、方差等計(jì)算，可以獲知這個(gè)因素的敏感度，等等等等，還有很多處理數(shù)據(jù)的方法。然后再根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，確定下一步的試驗(yàn)，這次實(shí)驗(yàn)的范

25、圍就很小了，目的就是確定最終的最優(yōu)值。當(dāng)然，如果因素水平很多，這種尋優(yōu)過(guò)程可能不止一次。在生產(chǎn)和科研中，為了研制新產(chǎn)品，改革生產(chǎn)工藝，尋找優(yōu)良的生產(chǎn)條件，需要做許多多因素的實(shí)驗(yàn)。 在方差分析中對(duì)于一個(gè)或兩個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)，我們可以對(duì)不同因素的所有可能的水平組合做實(shí)驗(yàn)，這叫做全面實(shí)驗(yàn)。當(dāng)因素較多時(shí)，雖然理論上仍可采用前面的方法進(jìn)行全面實(shí)驗(yàn)后再做相應(yīng)的方差分析，但是在實(shí)際中有時(shí)會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)次數(shù)太多的問(wèn)題。例如，生產(chǎn)化工產(chǎn)品，需要提高收率（產(chǎn)品的實(shí)際產(chǎn)量與理論上投入的最大產(chǎn)量之比），認(rèn)為反應(yīng)溫度的高低、加堿量的多少、催化劑種類等多種因素，都是造成收率不穩(wěn)的主要原因。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，選擇溫度的三個(gè)水平：80、

26、85、90；加堿量的三個(gè)水平：35、48、55（kg）；催化劑的三個(gè)水平：甲、乙、丙三種。如果做全面實(shí)驗(yàn)，則需3×3×3=27次。如果有3個(gè)因素，每個(gè)因素選取4個(gè)實(shí)驗(yàn)水平的問(wèn)題，在每一種組合下只進(jìn)行一次試驗(yàn)，所有不同水平的組合有4×4×4=64種，如果6個(gè)因素，5個(gè)實(shí)驗(yàn)水平，全面實(shí)驗(yàn)的次數(shù)是5×5×5×5×5×5=15，625次。對(duì)于這樣一些問(wèn)題，設(shè)計(jì)全面的實(shí)驗(yàn)往往耗時(shí)、費(fèi)力，往往很難做到。因此，如何設(shè)計(jì)多因素實(shí)驗(yàn)方案，選擇合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，使之既能減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，又能收到較好的效果。“正交實(shí)驗(yàn)法”就是研

27、究與處理多因素實(shí)驗(yàn)的一種科學(xué)有效的方法。正交實(shí)驗(yàn)法在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了很好的作用。在我國(guó)，正交實(shí)驗(yàn)法的理論研究工作已有很大進(jìn)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也被廣泛推廣應(yīng)用，使這種科學(xué)的方法能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。1.6.課題研究1.6.1課題研究的目的和意義海帶漂燙加工廢水中可以利用的豐富資源長(zhǎng)期以來(lái)被忽視。遍布海帶養(yǎng)殖區(qū)域的漂燙海帶加工線在生產(chǎn)季節(jié)產(chǎn)生的上百萬(wàn)噸的大量廢水，不經(jīng)任何處理直接排放到海中。在這些廢水中含有碘、巖藻多糖、甘露醇、褐藻氨酸、巖藻黃素等，其中碘平均含量為400mg/kg，巖藻多糖平均含量為280mg/kg。另外，廢水中含有懸浮物（SS）、硝酸鹽氮、亞

28、硝酸鹽氮、總氨氮等主要污染物。若對(duì)這些廢水不進(jìn)行回收利用和處理而直接排放的話，一方面帶來(lái)了環(huán)境污染，另一方面其中所含有的碘及各種高活性、高附加值的無(wú)機(jī)和有機(jī)成分大量流失，造成極大的資源浪費(fèi)。 本研究的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定海帶漂燙加工廢水無(wú)害化處理的最佳工藝及參數(shù)，以提高鮮海帶的綜合利用率，減少碘資源的流失和環(huán)境污染。1.6.2課題研究的內(nèi)容（4）在正交實(shí)驗(yàn)中，得出不同影響因素對(duì)氧化效果的影響大??；在單因素實(shí)驗(yàn)中確定廢水處理的最佳條件。第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器精密度為±0.1mg的電子天平 北京塞多利斯天平有限公司 78-1型磁力加熱攪拌器 江蘇省金坊

29、市城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)試劑廠上海山連實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司 另：三角瓶（250ml，500ml）、容量瓶（500ml）、燒杯（500ml）、量筒（500ml、100ml）、吸耳球、鐵架臺(tái)、升降臺(tái)、洗瓶、酸式滴定管、濾紙、漏斗、溫度計(jì)、玻璃棒等。2.1.2 實(shí)驗(yàn)樣品及實(shí)驗(yàn)試劑2.2實(shí)驗(yàn)方法廢水處理最佳條件的確定 取工業(yè)廢水過(guò)濾攪拌反應(yīng)調(diào)節(jié)pH值測(cè)COD正交實(shí)驗(yàn)測(cè)定pH值對(duì)COD去除率的影響測(cè)定Fe2+濃度對(duì)COD去除率的影響測(cè)定H2O2濃度對(duì)COD去除率的影響測(cè)定反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響測(cè)定反應(yīng)溫度對(duì)COD去除率的影響結(jié)果分析2.2.2 實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容 COD的測(cè)定正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論，化學(xué)反應(yīng)隨著反應(yīng)溫

30、度的升高，反應(yīng)物的分子動(dòng)能增加，因而反應(yīng)速率會(huì)加快。但是Fenton試劑除了主反應(yīng)（1）外，還涉及了很多副反應(yīng)，反應(yīng)溫度升高會(huì)使所有反應(yīng)的速率都增加，因此溫度對(duì)Fenton試劑反應(yīng)的影響就變得非常復(fù)雜。單純升高溫度也不一定會(huì)有利于主反應(yīng)的進(jìn)行，可能還會(huì)使H2O2發(fā)生分解，生成H2O和O2，不利于OH·的生成，使得反應(yīng)的效率降低。因此，只有在適當(dāng)溫度下才會(huì)對(duì)主反應(yīng)最有利，而過(guò)低或過(guò)高都會(huì)抑制主反應(yīng)的進(jìn)行。第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在確定廢水處理最佳條件時(shí)，主要進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)。3.1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.2.1 pH值的影響從圖3-1中可以看出pH值的

31、變化對(duì)COD去除率的影響非常顯著，pH值在30時(shí)COD去除率是最高的。pH值超過(guò)30以后，COD去除率就明顯降低，尤其當(dāng)pH值升高到6后，廢水的COD 已去除得很少。根據(jù)經(jīng)典的Fenton試劑反應(yīng)理論，pH值升高會(huì)抑制反應(yīng)式(1)的進(jìn)行，從而導(dǎo)致生成的羥基自由基OH·數(shù)量減少；而如果pH過(guò)低，就會(huì)使Fe3+ 很難被重新還原為Fe2+，見(jiàn)反應(yīng)式(5)、(7)，最終使反應(yīng)式(1)中消耗的Fe2+得不到及時(shí)的補(bǔ)充，同樣是抑制了OH·的生成。因此，pH值既不宜過(guò)小，也不宜過(guò)大，在35之間比較合適。圖3-1 COD去除率隨pH值變化曲線3.2.2 Fe2+濃度的影響圖3-2為溶液pH

32、值=30，010 molL，在室溫下攪拌60min時(shí)測(cè)得廢水COD去除率隨Fe2+濃度變化曲線。當(dāng)Fe2+濃度為40 mmolL時(shí)處理效果最好，低于此濃度時(shí)，COD去除率隨著Fe2+濃度的增加而增加， 當(dāng)高于40 mmolL時(shí)卻隨著Fe2+濃度的增加而降低。圖3-2 COD去除率隨Fe2+濃度變化曲線圖3-3給出了廢水溶液pH值和Fe2+濃度分別為30和40mmolL，在室溫下攪拌60min時(shí)，測(cè)得COD去除率隨Fe2+濃度變化曲線。其中的最佳濃度是010molL。圖3-3 COD去除率隨變化曲線3.2.3 反應(yīng)時(shí)間的影響圖3-4中的曲線顯示出，加入Fenton前50min，COD去除率隨著反

33、應(yīng)時(shí)間的增加而逐漸增加，超過(guò)60min后，COD去除率增大趨勢(shì)不大，基本趨于穩(wěn)定，根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論，這是由于反應(yīng)達(dá)到了平衡。因此最佳反應(yīng)時(shí)間是60min。圖3-4 COD去除率隨變化曲線3.2.4 反應(yīng)溫度的影響圖3-5是COD去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線，可以看出降解的最佳溫度是40。低于此溫度時(shí)，反應(yīng)式(1)速率太慢，影響了羥基自由基的產(chǎn)生；高于此溫度時(shí)，雖然反應(yīng)式(1)速率增加，但其他副反應(yīng)的速率同時(shí)也會(huì)增加，其綜合結(jié)果反而是降低了降解的效率。圖3-5 COD去除率隨變化曲線第四章 結(jié)論4.1確定廢水處理的最佳條件在正交實(shí)驗(yàn)中，對(duì)褐藻酸廢水降解效率影響最大的因素是 Fe2+濃度，然 后依次是

34、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、pH值和通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定了處理褐藻膠廢水的最佳條件：pH=30，F(xiàn)e2+濃度40mmolL， 反應(yīng)時(shí)間60min，反應(yīng)溫度40 ，010 molL，在此條件下C0D去除率為595。經(jīng)處理后的廢水COD降至60mgO2L，而且色度較好，無(wú)臭味，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。4.2 Fenton試劑處理褐藻膠生產(chǎn)廢水中應(yīng)注意的問(wèn)題4.3 Fenton試劑處理褐藻膠生產(chǎn)廢水的應(yīng)用展望參考文獻(xiàn)   1 沉耀良, 王寶貞. 廢水生物處理新技術(shù)理論與應(yīng)用 M . 北京: 環(huán)境科學(xué)出版社, 1999. 2 許翔, 許玉東. 海帶工業(yè)生產(chǎn)廢水處理技術(shù)研究 J . 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)

35、備, 2001, ( 2) : 77- 79. 3 汪大琿, 雷樂(lè)成. 水處理新技術(shù) M . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.4 Water qualityDetermination ofthe chemical oxygen demand index(ST-COD)Small-scale sealed-tube method. BS ISO157052002 . 5 Water qualityDeterminationof the chemical oxygen demand index(ST-COD)Small-scale sealed-tube method. DIN ISO 157052003 . 6 Baker,J. R.,Milke,M. W.,Mihelcic,J. R.Relationship between chemical and theoretical oxygen demand for specific classes of organic chemicals. Water Research . 1999 7 國(guó)家環(huán)