基于響應面法的體系氧化垃圾滲濾液去除UV254研究

劉占孟，饒志為，李 賢，胡鋒平

(華東交通大學土木建筑學院，江西 南昌 330013)

垃圾滲濾液是公認的難處理有機廢水，成分復雜，含有大量難降解和腐殖化程度較高的有機物。采用常規的生物法處理滲濾液難以達標，尤其是其生化出水中難降解有機物比例增大，使得后續處理更加困難[1]。有研究[2]表明生化后的滲濾液COD質量濃度仍高達500～800 mg/L，對地下水、地表水及公眾安全仍造成威脅，所以有必要對其作進一步的深度氧化處理。

國內外學者研究高級氧化技術處理垃圾滲濾液中難降解有機物[3-4]多采用過硫酸鹽(PS)對生化尾水作深度處理。PS具有較低的價格、穩定的性質以及超強的氧化能力等特性，成為目前高級氧化技術降解垃圾滲濾液有機物研究方面的熱點[5]。

(1)

2Fe0+O2+2H2O→2Fe2++4OH-

(2)

2Fe3++Fe0→3Fe2+

(3)

1 試驗材料與研究方法

1.1 垃圾滲濾液水質特征

垃圾滲濾液水樣取自南昌某垃圾填埋場，該填埋場采用了組合工藝處理滲濾液原水，試驗水樣取自反滲透工藝出水。水樣顏色為黃褐色，無明顯惡臭，生化出水水質特性為：COD質量濃度為500～800 mg/L，紫外吸光度UV254為0.508～0.521 cm-1(稀釋10倍)，pH值為5.5～7.5。

1.2 主要儀器和藥品

主要儀器有759紫外分光光度計(上海精密科學儀器有限公司)、數顯水浴恒溫振蕩器(金壇市晶玻實驗儀器廠)、電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)、pHS-3E型數顯酸度計(雷磁分析儀器廠)、石英比色皿(751光程10 mm)。藥品包括過硫酸鈉(Na2S2O8，天津市大茂化學試劑有限公司AR)和零價鐵(Fe0，泰州市長浦化學試劑有限公司AR)。

1.3 研究方法

表1 BBD試驗設計

具體試驗步驟為：首先將水樣pH調節到設計水平值；然后將適量的氧化劑(PS)投加到滲濾液水樣里；最后投加一定量的Fe0活化劑。混合后將每組100 mL水樣置于300 mL錐形瓶于恒溫振蕩器中反應6 h。氧化反應完畢后調整反應后溶液的pH至微堿性以終止反應，然后再取上清液測量。所有實驗在同一水平做3份，以保證試驗結果再現率高于95%。

2 結果分析

2.1 試驗結果

試驗總數為17個，其中中心點試驗5個，用來估計純誤差平方和，試驗結果見表2。其中，響應變量Y為UV254去除率，其與可控制因素變量模型關系式為

(4)

式中：Y為響應值；Xi和Xj為因素變量；β為常系數；k為試驗次數；e為試驗誤差。

使用方差分析檢驗模型，統計采用F檢驗方法。結果顯示模型P值小于0.000 1，模型視為顯著[5]，證實該二次模型在整個回歸區域擬合較好，具有可行性。模型的精密度大于4，模型變異系數為3.17%，一致性水平檢驗顯示模型能高度擬合，表明該模型對UV254去除率有一定的指導意義[6]。

表2 響應面試驗結果

2.2 3D圖形優化分析

使用響應面軟件Design Expert 8.0.5進行三維圖形分析，分析獨立變量與響應變量之間的影響作用，揭示因素兩兩間的交互作用，結果如圖1～3所示。回歸模型的響應曲面及其等高線可以直觀地反映各因素對響應變量的影響，等高線的形狀可反映出交互作用的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著。

(a)響應曲面

(b)UV254去除率等高線

(a)響應曲面

(b)UV254去除率等高線

(a)響應曲面

(b)UV254去除率等高線

3 結 語