基于响应面法优化MAP法处理垃圾渗滤液工艺的研究

垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法研究的开题报告一、研究背景及意义随着城市化进程的加速和人口的不断增加，生活垃圾产生量不断增加。

经过分类、压缩和输送等处理后，产生垃圾渗滤液，由于其含有大量的有机和无机溶解物质，具有极高的污染性和难以处理的特点，给环境带来巨大的压力和危害。

目前，垃圾渗滤液处理的方法主要有生化方法、物理化学方法和组合处理方法等。

但是，这些方法存在成本高、处理周期长、效果不明显等缺点。

因此，寻找一种更加高效、经济、环保和实用的处理方法，对于环境保护和可持续发展具有重要的意义。

二、研究目的和内容本研究旨在探究一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法，通过研究多种膜滤材料的吸附、分离和脱盐效果，确定最优的膜滤材料和优化处理工艺。

具体内容包括：1. 垃圾渗滤液膜滤浓缩液的特性分析，包括化学成分、物理特性和污染等级等。

2. 膜材料筛选和评价实验，选择性能最好的材料用于处理垃圾渗滤液。

3. 滤液浓缩和处理工艺研究，分析膜滤工艺对滤液浓缩效果和质量的影响。

4. 处理效果评价和经济效益分析，对膜滤处理后的垃圾渗滤液进行综合评价，探讨其应用前景和发展经济效益。

三、研究方法和技术路线1. 实验室研究法，采用试管、批次、小型反应器等设备，研究不同膜材料的吸附、分离和脱盐效果。

2. 中试研究法，利用中试装置进行滤液浓缩和处理工艺研究，研究工艺参数优化和效果评价。

3. 经济效益评价方法，通过成本分析、收益分析、效益指标评价等方法，对膜滤处理后的垃圾渗滤液进行经济效益分析。

四、论文结构及进度安排第一章：绪论1. 研究背景和意义2. 国内外研究现状3. 研究目的和内容4. 研究方法和技术路线第二章：垃圾渗滤液特性分析1. 垃圾渗滤液的定义和形成机理2. 垃圾渗滤液的化学成分和物理特性分析3. 垃圾渗滤液的污染等级评价和处理难度分析第三章：膜滤材料筛选和评价实验1. 膜材料的选择和特性分析2. 吸附和分离实验3. 脱盐实验第四章：滤液浓缩和处理工艺研究1. 膜滤工艺优化实验2. 膜滤工艺对滤液浓缩效果和质量的影响3. 滤液浓缩后的处理实验第五章：处理效果评价和经济效益分析1. 膜滤处理后的垃圾渗滤液综合分析2. 处理效果评价3. 经济效益评价第六章：结论与展望1. 主要研究结论总结2. 未来研究展望进度安排：第一章：2022年10月完成第二章：2022年12月完成第三章：2023年2月完成第四章：2023年6月完成第五章：2023年8月完成第六章：2023年10月完成参考文献：根据所采用的文献库及查阅资料的适当性确定。

响应面法在试验设计与优化中的应用李莉;张赛;何强;胡学斌【摘要】为了提供响应面在试验设计与优化中的使用方法,介绍了响应面法的基本定义、模型构建原理及特点,结合废水处理工艺优化的实例对响应面法的试验方案设计、模型建立、模型检验、模型优化等方面进行了阐述.结果表明,响应面法是一种综合试验设计和数学建模的优化方法,可有效减少试验次数,并可考察影响因素之间的交互作用.采用Design-Export软件进行响应面法的试验设计与分析,可给出直观等高线图和三维立体图,建立预测模型,并且能够对模型适应性、模型和系数显著性和失拟项进行检验,从而进一步进行方差分析、模型诊断.通过对响应面建立的模型进行优化求解,可提出试验优化方案,解决响应面法在试验设计与优化的实际应用中遇到的问题.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2015(034)008【总页数】5页(P41-45)【关键词】响应面法;试验设计;数据处理【作者】李莉;张赛;何强;胡学斌【作者单位】重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045【正文语种】中文【中图分类】O212.60 引言响应面法(Response Surface Methodology，RSM)是由Box等提出的一种试验设计方法［1］，是一种综合试验设计和数学建模的优化方法，通过对具有代表性的局部各点进行试验，回归拟合全局范围内因素与结果间的函数关系，并且取得各因素最优水平值［2］。

最初用于物理试验的拟合，近年来已成为国际上新发展的一种优化理论方法，广泛应用于化工、农业、制药、环境和机械工程等领域，国内外许多学者和研究人员对此进行了大量研究［3-7］。

与目前广泛使用的正交试验设计法相比较，正交试验不能在指定的整个区域获得试验因素和响应目标之间的明确函数表达式，从而无法获得设计变量的最优组合和响应目标的最优值。

响应面法优化电解芬顿协同法深度处理老龄垃圾渗滤液李莉;张赛;樊磊磊;张智;唐鹏飞【期刊名称】《土木建筑与环境工程》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】采用电解芬顿法深度处理老龄垃圾渗滤液，选取电量、进水 pH 值、进水氨氮浓度3个因素为变量，CODCr 去除率为响应值进行 Box-Behnken 中心组合设计。

利用响应面法对试验结果进行分析，建立了 CODCr 去除率为响应值的二阶多项式模型并进行了方差分析和显著性检验，通过解模型逆矩阵得到最佳条件：单位面积电量为23．26 Ah／dm2、pH 值为3．58、进水氨氮浓度56．78 mg ／L。

在最佳条件下，CODCr 去除率为96．5％，与模型预测值偏差为4．45％，吻合度较高。

对电解芬顿深度处理前后的渗滤液进行 GC-MS 分析，表明电解芬顿协同处理技术能有效降解垃圾渗滤液中难生化降解的有机物，将有机物种类从42种降低至21种，是较有效的深度处理技术。

【总页数】8页(P134-141)【作者】李莉;张赛;樊磊磊;张智;唐鹏飞【作者单位】重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045;重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045【正文语种】中文【中图分类】X505【相关文献】1.微电解——光催化氧化法对垃圾渗滤液的深度处理 [J], 吴少林;胡文涛;李科2.微波无极灯辅助芬顿法深度处理垃圾渗滤液 [J], 周超;赵晴;邱林清;李久义;孟了;吕慧3.响应面法优化臭氧催化氧化深度处理垃圾渗滤液 [J], 贺磊;龚志豪;朱旺平;陈雷4.响应面法优化电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液 [J], 侯韦竹;丁晶;赵庆良;黄慧彬;王思宁;袁一星5.聚铁混凝法深度处理老龄垃圾渗滤液的工程应用运行分析 [J], 范爱军;陈振雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

响应面法优化MAP法处理高浓度氨氮废水的研究饶力;汪晓军;陈振国;袁延磊;郭冠超【摘要】采用鸟粪石法对氧化铁红厂高氨氮废水进行处理，以pH、n（N）∶n （Mg）和n（N）∶n（P）为主要影响因素，通过响应面法对处理过程进行了优化设计，得到拟合程度高的二次响应曲面模型。

预测的最佳实验条件：pH=9．40，n（N）∶n（Mg）∶n（P）=0．8∶1∶1，此条件下氨氮去除率为99．77%。

通过对镁盐和磷酸盐投加量的分析得到，当n（N）∶n（Mg）∶n（P）=0．9∶1．25∶1时，出水氨氮能够达到排放标准的要求，且出水正磷酸盐浓度较低。

SEM和XRD表征结果显示，所得沉淀物大部分为磷酸铵镁。

%MAP method has been used for treating the high ammonia-nitrogen wastewater from an iron oxide red factory. The three main influencing factors are as follows:pH,n (N)∶n (Mg)和n (N)∶n (P). The treatment course is optimized by response surface method (RSM),so as to obtain the quadratic response curved model with high fitting degree. Under the forecast optimum experime nt conditions:pH=9.40,n (N)∶n (Mg)∶n (P)=0.8∶1∶1, the removing rate of ammonia-nitrogen could be 99.77%. By analyzing the dosages of Mg2+and PO43-,it is found that when n(N)∶n (Mg)∶n(P)=0.9∶1.25∶1,the effluent concentration of ammonia-nitrogen could meet the requirements for the emis-sion standard,and the concentrationof orthophosphate could stay at a low level. The results of SEM and XRD chara-cterization show that the sediments obtained are mostly magnesium ammonium phosphate.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P61-64)【关键词】响应面法;氧化铁红;高氨氮废水;磷酸铵镁【作者】饶力;汪晓军;陈振国;袁延磊;郭冠超【作者单位】华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广东广州510006;华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广东广州510006;华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广东广州510006;华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广东广州510006;华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】X703混酸法制备氧化铁红〔1〕过程中会产生大量呈酸性的高浓度氨氮废水，其经烧碱中和沉淀法预处理后，其中的pH、色度、SS均可满足排放标准要求，但氨氮浓度仍然很高。

中国环境科学 2017,37(3)：948~955 China Environmental Science 响应面法优化电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液侯韦竹1,2,丁晶1,赵庆良1*,黄慧彬1,王思宁1,袁一星1 (1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,城市水资源与水环境国家重点实验室,黑龙江哈尔滨 150090；2.北京碧水源科技股份有限公司,北京 100089)摘要：构建了以尺寸稳定电极为阳极、碳毡为阴极、铁网为双极性电极的电氧化-絮凝耦合工艺,用以同步去除垃圾渗滤液生化出水中的剩余有机物(COD)和总氮(TN),并利用单因素和响应面法探讨了极板间距、循环流速和氯离子(Cl-)浓度因素对垃圾渗滤液COD和TN去除率的影响.通过模拟和方差分析,得到了可达显著水平的二次响应曲面模型.通过响应曲面分析,得出COD去除的最优反应条件为极板间距3.8cm,循环流速1mL/min, Cl-浓度5556mg/L,此时通过实验验证COD实际去除率84.6%,与模型预测值(85.4%)接近;TN去除的最佳条件为极板间距5.7cm,循环流速1mL/min, Cl-浓度5437mg/L,此时TN实际去除率为86.4%,与预测值(93%)较接近.该耦合工艺在实现COD和TN 去除的同时,对总磷和色度也有一定的去除效果,实验表明通过电氧化-电絮凝的协同机制,可以实现垃圾渗滤液中多种污染物的同步去除. 关键词：电氧化；电絮凝；垃圾渗滤液；深度处理；响应曲面法中图分类号：X703文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2017)03-0948-08Optimization of electro-oxidation and electro-coagulation combination process for landfill leachate advanced treatment by response surface methodology. HOU Wei-zhu1,2, DIN G Jing1, ZHAO Qing-liang1*, HUAN G Hui-bin1, WAN G Si-ning1,YUAN Yi-xing1 (1.State Key Laboratory of Urban Water Resources and Environment, School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China；2.Beijing Origin Water Technology Co.Ltd, Beijing 100090, China). China Environmental Science, 2017,37(3)：948~955Abstract：To evaluate the removal of the chemical oxygen demand (COD) and nitrogen (TN) within the landfill leachate effluent, the combined electrochemical integrated process of electro-oxidation/electro-coagulation was constructed. In this system, the dimensional stable electrode was used as anode and graphite felt as cathode, moreover, the iron net was applied as bipolar electrode. The effect of plate distance, circulation velocity and chloride ion (Cl-) concentration on COD and TN reduction was investigated using the single factor experiment and response surface methodology (RSM). Via the analysis of variance, a quadratic response surface model with significant level was obtained. Experimental results demonstrated that the optimum conditions for COD removal were 3.8cm plate distance, 1mL/min velocity and 5556mg/L Cl- concentration, respectively, leading to a COD removal efficiency of 84.6% (forecast COD reduction was 85.4%). The optimum conditions for TN removal were 5.7cm plate distance, 1mL/min circulation velocity and 5437mg/L Cl-concentration, with a TN removal rate of 86.4% (VS forecast value of 93.0%). Meanwhile, the phosphorus and color were also significantly removed by the combination process. In overall, the simultaneous removal of predominant contaminants within landfill leachate achieved during the electro-oxidation/electro-coagulation combination process was meaningful for pollutants control.Key words：electro-oxidation；electro-coagulation；landfill leachate；advanced treatment；response surface methodology垃圾渗滤液主要产生于城市垃圾卫生填埋或焚烧过程中,具有有机物和氨氮浓度高、含有毒重金属以及微生物营养元素比例严重失调等特征,且其水质受到多种因素影响,如垃圾性质、水分供给情况、填埋场环境等[1-2].目前常用垃圾渗滤液的处理流程为“预处理+生化处理+深度处理”[3-4],其中深度处理工艺常用的是多级膜处理技术,生化处理技术与膜技术相结合可实现垃圾渗滤液达标排放,但实际运行过程中往往存在工程投资大、膜污染严重和浓缩液无法妥善处理收稿日期：2016-04-20基金项目：城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题(2016DX05)* 责任作者, 教授, zhql1962@3期侯韦竹等：响应面法优化电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液 949等一系列问题[5],因此,开发垃圾渗滤液深度处理过程中替代多级膜处理技术的工艺迫在眉睫.近年来,电氧化工艺和电絮凝工艺因其无需添加氧化剂、二次污染少、能量利用率高等特点,目前已在尿液[6]和电厂废水[7]等处理过程中得到广泛研究,并取得较好的去除效果.电絮凝过程主要通过外电压作用,利用可溶性阳极产生大量可絮凝沉淀的金属离子达到去除废水中的污染物的目的,在纺织行业废水中应用广泛[8],可有效的去除废水中的色度及有机物.目前,已有报道研究将电氧化[9-10]或电絮凝[11-12]单独应用到垃圾渗滤液处理过程中,研究表明,单一电化学工艺对特定的污染物均有较好的处理效果.如Cabeza[9]等利用电氧化法处理原液或预处理后的渗滤液,6h 后氨氮可实现100%去除,且氯离子浓度的增大可加强氨氮去除速率.曾晓岚等[12]采用电絮凝深度处理垃圾渗滤液生化出水,对氨氮的处理效果作用甚微,但总磷(TP)去除率为90%可达国家排放标准,COD去除率也达到了64%.此外,电化学组合工艺处理废水的研究也有相关报道,如Cottalis等[13]采用铝作为双极性电极,同步完成电消毒和电絮凝过程,用于去除微生物和浊度并实现废水回用.梁栋等[14]通过铁电极和外加双氧水的方式构建电芬顿与电絮凝联用工艺处理渗滤液,可除去大部分有机物.然而,目前将电氧化和电絮凝工艺耦合进行同步去除多种污染物的研究却较少.褚衍洋等[15]曾在电氧化系统中投加亚铁试剂,结果表明在铁促电解作用下,COD和氨氮的去除效率得到提高,可分别达到68.37%和89.07%.但目前在不外加絮凝剂或助凝剂的情况下采用电氧化和电絮凝的耦合工艺同步深度去除垃圾渗滤液中有机物和氮类污染物的研究尚属空白.为克服现有研究的不足,本文在利用电氧化和电絮凝技术各自优势的基础上,构建新型电化学耦合工艺用于生活垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液的深度处理,可有效实现垃圾渗滤液生化出水中多类剩余污染物(如COD、氮类)的同步去除.本文在单因素实验的基础上,采用响应曲面法优化工艺中的重点参数:极板间距、循环流速和Cl-浓度,并对优化参数的实际效果进行验证,以期为实际的工艺运行提供数据基础和科学依据.1材料与方法1.1 污水来源及水质实验采用的水样为哈尔滨某填埋场垃圾渗滤液经“预处理+两段式A/O”工艺处理后的生化出水,该垃圾填埋场目前处于老龄阶段(运行>10年),此实验水样中大部分可生物降解有机物和氨氮已被前段处理系统去除.其垃圾填埋场二级生化出水的水质指标和本实验用水水质情况如表1所示,其中总氮以氨氮(NH4+)和硝酸盐氮为主.实验用水中氯离子浓度通过氯化钠的添加进行调整.表1垃圾渗滤液及实验用水水质情况Table 1 Water quality of landfill leachate and the waterused in the test项目 pH值TN(mg/L)NH4+(mg/L)COD(mg/L)TP(mg/L)Cl-(mg/L) 生化出水7.4~8.5190~36390~153400~1008 3~6 1826~2530 实际实验用水7.8 220~260100~120500~600 4~61.2 实验装置及分析方法电氧化-絮凝耦合装置整体由电化学反应器、稳压电源和蠕动泵等部分构成.反应器由有机玻璃制成,采用尺寸稳定的钛基氧化物极板(DSA)为阳极,采用碳毡为阴极,Fe网为双极性电极.直流电源(深圳兆信科技有限公司JPS-3005, 0~30V)为反应的进行提供电压,反应时电流密度维持在20mA/cm2.实验采用连续进水方式,通过蠕动泵(保定兰格泵业BT100-1F)控制循环流速进行废水循环.反应器尺寸L×B×H=56mm× 30mm×75mm,电极尺寸L×B=50mm×20mm,有效容积为120mL.图1为实验装置示意图.反应4h 后从固定位置取样进行测定.实验中所有指标均采用《水和废水监测分析方法(第四版)》[16]中标准方法测定,COD采用重铬酸钾消解法测定,总氮采用过硫酸钾氧化紫外950 中 国 环 境 科 学 37卷分光光度法测定,TP 通过钼锑抗分光光度法测定,色度利用比色法,pH 值采用在线pH 计法检测.实验过程中产生的絮凝体经过105℃干燥后,用浓硝酸进行消解,之后采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)进行金属类元素检测.图1 电化学耦合工艺实验装置示意图 Fig.1 Experimental setup of electro -oxidation andelectro -coagulation combination process 1.3 响应面法实验设计表2 响应曲面法实验变量编码及水平 Table 2 Factors and coded levels of RSM 编码水平变量 代号-1 0 1 极板间距(cm) A 2.5 4.1 5.7循环流速(m L /min) B 1 25.5 50 Cl -浓度(mg/L ) C 3000 5000 7000响应面法将数学方法和统计方法相结合,可以优化变量数值和预测响应值,确定最优反应条件参数,具有实验次数少,精密度高和预测性好等优点[17-18].在响应曲面法实验设计中,本文将极板间距、循环流速和Cl -浓度分别记为变量X 1、X 2和X 3,从单因素实验中COD 、TN 处理效果可知,循环流速和Cl -浓度均不宜过高,同时考虑到经济因素,因此,选取3个因素的探测范围分别为:极板间距为2.5~5.7cm,循环流速为1~50mL/min, Cl -浓度为3000~7000mg/L,以COD 去除率和TN 去除率为响应值,记为变量Y 1和Y 2.采用数据处理软件Design -Expert 8.0实现响应曲面法(采用Box -Behnken)的设计过程,并进行响应面分析以及实验条件优化.表2为实验因素与水平设置. 2 结果与讨论2.1 单因素实验为考察影响耦合工艺运行效果主要因素,本文考察了极板间距、循环流速和氯离子浓度等因素的影响以及过程中pH 值的变化情况.设定极板间距2.5cm,循环流速10mL/min,氯离子浓度5000mg/L,每次分别调整某一单一因素,考察耦合工艺处理前后COD 及TN 的去除情况.实验结果表明,在极板间距2.5cm 、4.1cm 和5.7cm 变化的条件下,废水COD 去除率依次为73.9%、79.86%和70.62%,TN 去除率分别为77.11%,74.36%和76.79%.在循环流速1,10,50, 100,150mL/min 变化的条件下,COD 去除率依次为82.9%、71.6%、64.5%、40%和26%,TN 去除率依次为77.8%、72.5%、77.4%、80.1%和75.1%.在Cl -浓度2500,5000,7000,9000mg/L 变化的条件下,COD 去除率依次为40%、82.1%、75.4%和66.7%,TN 去除率依次为79.4%、75.4%、72.8%和78.8%.初始pH 值对电化学处理过程影响较大[8-10],但由于垃圾渗滤液生化出水pH 值较稳定(表1),波动较小,因此本文只考察了耦合工艺处理过程中pH 值的变化情况,而不考虑pH 值的初始变化情况.在反应结束时,pH 值从7.8升高8.4,变化幅度较小,因此该工艺中pH 值的改变对垃圾渗滤液深度处理出水的排放或再次利用并无影响. 单因素实验结果表明,在不同的因素条件下,电氧化和电絮凝的耦合工艺可有效同步去除COD 及TN.不同因素对污染物的去除影响程度不同.在单因素实验的基础上,为进一步考察因素对污染物去除的交互影响作用以及探索污染物去除的最佳条件,本文通过设计响应曲面法考察3个主要影响因素:极板间距、循环流速和Cl -浓度,以期得到COD 和TN 的最佳处理条件. 2.2 响应曲面法实验结果模拟及方差计算 表3为响应面实验中COD 和TN 的去除率实测值.根据Box -Behnken 试验设计的统计学要求,从不同模型方差分析中的均方及检验结果综3期 侯韦竹等：响应面法优化电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液 951合来看,在实际去除率数据基础上,二次多项式模型的拟合效果要好于其他模型,因此在进行预测时本文选择二次多项式模型.以COD 去除率(Y 1)和TN 去除率(Y 2)为因变量,以极板间距(X 1)、循环流速(X 2)和Cl -浓度(X 3)为自变量(X 1、X 2和X 3均为实验水平实际值)建立二次响应曲面方程模型(1)和(2),并可计算出不同条件下去除率的预测值(表3).11231213232221231.287.580.190.0260.00490.00270.006580.80.002870.00226Y X X X X X X X X X X X X =−+−+−−−−−− (1) 2123121323222123131.56 1.0080.4570.030.250.00430.00461.010.0090.0029Y X X X X X X X X X X X X =−+−−+++++ (2) 表3 实验设计及COD 、TN 去除率的情况 Table 3 Experimental design and removal of COD and TNCOD 去除率(%)TN 去除率(%) 序号 极板间距(cm) 循环流速(mL/min) Cl -浓度(mg/L) 实测值预测值实测值预测值1 5.7 25.5 7000 68.6668.6287.3288.12 4.1 25.5 5000 76.9676.8667.2366.93 3 2.5 25.5 7000 72.471.975.1275.514 4.1 25.5 5000 76.976.8567.3866.93 5 4.1 50 3000 52.6452.3780.4680.786 5.7 50 5000 62.862.5768.1568.22 7 4.1 1 7000 80.1880.4586.786.38 8 2.5 1 5000 82.9683.1962.2862.219 5.7 1 5000 82.2682.0392.0691.6 10 4.1 25.5 5000 76.6276.8566.2466.93 11 4.1 1 3000 71.0770.884.1985.04 12 4.1 25.5 5000 77.3276.8566.6666.93 13 4.1 50 7000 60.4660.7383.8783.02 14 4.1 25.5 5000 76.4476.8567.1366.93 15 2.5 505000 64.2764.577.577.96 16 2.5 25.5 3000 61.1161.1577.2676.48 17 5.725.5 3000 60.8561.3583.9583.56将拟合模型(1)和(2)进行显著性检验,表4是响应值为COD 去除率的显著性检验结果.已知P 值中,P ≤0.05的项对Y 1影响显著,P ≤0.01的项对Y 1影响极显著.根据表中的结果可知,Y 1与拟合方程的关系是极显著的(P <0.0001),同时,模型的失拟程度不显著(P =0.1621).多元相关系数R 2=0.9989说明相关性较好.模型的AdjR -Squared 和Pred R -Squared 值分别为0.9974和0.9870,两者差值为0.0104(<0.2);CV =0.65% (<10%),表明模型的可信度和精密度较高.在影响程度方面,循环流速(B)(P <0.0001)和Cl -浓度(C)(P <0.0001)是COD 去除率的显著影响因子,交叉项极板间距和Cl -浓度(A 和C)(P =0.0067)也是显著项.表4 响应值为COD 去除率(Y 1)回归方程方差分析 Table 4 Analysis of variance regression equation for response function of COD removal efficiency (Y 1)类型平方和自由度均方F 值概率prob>F模型 1292.519 143.61686.81 < 0.0001 显著A 4.76 1 4.7622.76 0.002B 727.71 1 727.713480.19 < 0.0001 显著C 162.271 162.27776.04 < 0.0001 显著AB 0.15 1 0.150.71 0.4276 AC 3.03 1 3.0314.48 0.0067 BC 0.42 1 0.42 1.99 0.2012 A 217.76 1 17.7684.95 < 0.0001B 2 12.48 1 12.4859.68 0.0001 C 2 344.01 1 344.011645.21 < 0.0001残差 1.46 7 0.21失拟项 1.01 3 0.34 2.94 0.1621 不显著纯误差0.46 4 0.11总离差1293.9816表5 响应值为TN 去除率(Y 2)回归方程的方差分析 Table 5 Analysis of variance regression equation for response function of TN removal efficiency (Y 2)类型平方和自由度均方F 值概率prob>F模型1374.99 152.77237.92 < 0.0001 显著 A 193.26 1 193.26300.99 < 0.0001 显著 B 29.07 1 29.0745.28 0.0003 C 6.39 1 6.39 9.95 0.016 AB 382.791 382.79596.17 < 0.0001 显著AC 7.59 1 7.59 11.82 0.0109 BC 0.2 1 0.2 0.32 0.5919 A 2 28.21 1 28.2143.94 0.0003 B 2126.49 1 126.49197 < 0.0001 C 2 546.82 1 546.82851.63 < 0.0001残差 4.49 7 0.64 失拟项 3.61 3 1.2 5.47 0.0672 不显著纯误差0.88 4 0.22总离差1379.3916952 中 国 环 境 科 学 37卷表5为相应量为TN 去除率的显著性检验结果.根据表5中结果可知,Y 2与其拟合方程关系显著(P <0.0001),同时,模型的失拟程度不显著(P = 0.6072);模型的Pred R -Squared 和Adj R -Squared分别为0.9571和0.9926,R 2为0.9116.极板间距(A)(P <0.0001)为显著项,说明极板间距的改变对TN 去除率产生显著影响.交叉项极板间距和循环流速(A 和B)(P <0.0001)对TN 去除的影响也较显著. 2.3 响应曲面分析及验证通过Design -Expert 8.0软件分析响应曲面法的数据,可进一步考察极板间距、循环流速和Cl -浓度两两因素对于COD 和TN 去除率的交互影响,所得的响应面及其等高线图如2所示.80 7060C OD 去除率(%)50403020102.02.53.0 3.54.0 4.55.0 5.56.0 循环流速(mL/min)极板间距(c m )图2 极板间距和循环流速对于COD 去除率影响的响应曲面图Fig.2 Response surface of effects of plate distance andcirculation speed on COD removal efficiency在Cl -浓度为5000mg/L 的条件下,极板间距和循环流速对COD 去除率的影响如图2所示.从图2可看出,循环流速对COD 去除率的影响显著,但极板间距和循环流速的交互作用并不明显.在极板间距一定时,COD 去除率随着循环流速的减小而增大,这可能是由于耦合工艺的电絮凝作用受到循环流速的影响.在耦合工艺中,双极性电极铁网上产生的铁离子在水中水解、聚合,形成氢氧化铁和氢氧化亚铁微絮体,起到凝聚作用吸附去除水中的污染物.循环流速越小,越有利于絮凝体的生成和吸附作用,因此可更有效的去除有机物[8]. 6264666769717274 76 7271 692.53.0 3.54.0 4.55.0 5.5300035004000450050005500600065007000C l -浓度(m g /L )极板间距(cm) COD 去除率(%)图3 极板间距和Cl -浓度对COD 去除率影响等高线图 Fig.3 Contour lines of effects of plate distance and concentration of Cl - on COD removal efficiency8070C OD 去除率(%)6060005000400030002.02.53.0 3.54.0 4.55.0 5.56.0 Cl -浓度(mg/L)极板间距(c m )9070008000图4 极板间距和Cl -浓度对COD 去除率影响的响应曲面图Fig.4 Response surface of effects of plate distance andconcentration of Cl - on COD removal efficiency图3和图4显示了在循环流速为25.5mL/min 的条件下,极板间距和Cl -浓度对COD 去除率的影响.极板间距和Cl -浓度的交互作用不明显,在极板间距一定的条件下, COD 去除率随着Cl -浓度的增大先增大后减小.在Cl -浓度一定的条件下,COD 去除率随极板间距的增大先增大后减小,在极板间距为4.1cm 左右达到最大值.在极板间距2.7~4.8cm,Cl -浓度为5000~6000mg/L 的圆形区域内,COD 去除率达到最高值(大于72.2%).氯离子在反应过程中在阳极区域将生成强氧化剂次氯酸或次氯酸盐(HClO 或ClO -),去除3期 侯韦竹等：响应面法优化电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液 953废水中的部分COD [10],同时,氯离子可吸附在已钝化的双极性电极表面,取代氧化膜中的氧离子,生成可溶解氯化物使电极表面的钝化膜溶解,进而提高废水中COD 的絮凝效果.但Cl -的间接氧化和溶解氧化膜仅能起到一定的作用,当Cl -浓度达到5500mg/L 后,继续提高氯离子浓度,可能加大副反应的发生,生成氯酸盐等副产物(ClO 3-),因此无法进一步提高COD 去除效果.在极板间距为4.1cm 的条件下,循环流速和Cl -浓度对COD 去除率的影响如图5所示.COD去除率随着Cl -浓度的增大先增大后减小,随着循环流速的减小而增大,循环流速和Cl -浓度的交互作用不明显.80 70 C O D 去除率(%)6060005000400030002.0103.04.05.0 Cl -浓度(mg/L)极板间距(c m ) 90 7000800050图5 Cl -浓度和循环流速对COD 去除率影响的响应面图 Fig.5 Response surface of effects of concentration of Cl -and circulation speed on COD removal efficiencyTN 去除率受因素的影响趋势和程度均不同于COD 去除率.在Cl -浓度为5000mg/L 的条件下,极板间距和循环流速对TN 去除率的影响如图6所示.从图6可以看出,极板间距对TN 去除率的影响显著,极板间距和循环流速的交互作用并不明显.大间距小流速和大流速小间距的条件下, TN 去除率比两个因素的中等水平下要高.在循环流速一定时,极板间距大于4.1cm 后,TN 去除率随着极板间距的增大而增大.TN 的去除主要通过氨氮和硝酸盐氮的去除来体现.其中,去除氨氮主要通过阳极氧化氯离子生成强氧化剂来实现[9],而非通过电絮凝作用实现[11],硝酸盐氮的去除则可能通过电絮凝作用实现[19].流速较低时利于电絮凝的过程,从而利于硝酸盐的去除;极板间距较小时利于电氧化过程,但由于絮凝空间的减少不利于电絮凝过程,从而利于氨氮的去除,因此,体现在总氮去除趋势上,较优的条件则是大间距小流速和大流速小间距.8070T N 去除率(%)503020100 2.53.0 3.54.0 4.55.0 5.56.0 循环流速(mL/min)极板间距(c m )90405060100图6 极板间距和循环流速对于TN 去除率影响的响应面图Fig.6 Response surface of effects of plate distance andcirculation speed on TN removal efficiency图7显示在循环流速为25.5mL/min 的条件下,极板间距和Cl -浓度对TN 去除率的影响.在Cl -浓度一定的条件下,TN 去除率随极板间距的增大而增大;在极板间距一定的情况下,随着Cl -浓度的增加,TN 去除率先减小后增大,但影响比极板间距要小.循环流速和Cl -浓度对COD 去除率影响显著,对TN 去除率的影响不显著,而极板间距对COD 去除效果影响不显著,对TN 去除率的影响显著.根据拟合模型方程和响应曲面分析可以得到COD 去除最佳条件,即极板间距为3.8cm,循环流速为1mL/min,Cl -浓度为5556mg/L,COD 去除率为85.4%.采用以上最优反应条件进行3组平行实验,对预测结果进行验证,渗滤液的COD 可从500mg/L 降到77mg/L,可达到生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008,COD<100mg/L),平均去除率为84.6%,与拟合方程得到的预测值接近,说明预测值和实验值的拟合度较好.通过模型计算,TN 去除最佳条件为极板间距为5.7cm,循环流速为1mL/min,Cl -浓度为5437mg/L,TN 去954 中 国 环 境 科 学 37卷除率为93%.采用以上最优反应条件进行3组平行实验,对预测结果进行验证,TN 从242mg/L 降到33mg/L,可达到污染控制标准(GB16889-2008, TN<40mg/L),平均去除率为86.4%,与拟合方程得到的预测值存在一定偏差(7.1%),但偏差在可接受范围内.80 70 T N 去除率(%)60 60005000400030002.0 2.53.03.54.04.55.0 5.56.0Cl -浓度(mg/L)极板间距(c m )90 700050 100图7 极板间距和Cl -浓度影响TN 去除率的响应曲面图 Fig.7 Response surface of effects of plate distance and Cl -concentrations on TN removal efficiency2.4 耦合工艺对其他污染物同步去除在有效去除COD 和TN 的同时,研究还考察了电化学耦合工艺对垃圾渗滤液中TP 和色度的去除情况.结果表明,垃圾渗滤液中TP 去除率可达到60%以上,出水TP 可从4.5mg/L 降至1.7mg/L,可达国家控制标准(TP<3mg/L),色度的去除率可达到90%以上,因此,耦合工艺出水中COD 、TN 、TP 和色度均可达到国家GB16889- 2008控制标准,说明耦合工艺可同时去除多种污染物,适合作为垃圾渗滤液生化出水的深度处理工艺.反应过程中在观察到絮凝沉淀现象的同时,电极上产生大量微气泡作为气浮载体,出现明显的气浮现象.出水明显比反应前废水色度低,产生的絮凝体沉淀后呈现黄褐色,符合铁絮凝体的颜色和特征.对絮凝沉淀物进行金属成分分析,结果发现,沉淀物中含有的金属元素以Fe 为主(454.6mg/g),同时还含有其他金属包括Cd (0.04mg/g)、Cr(0.1mg/g)、Mn(0.8mg/g)、Ni (0.38mg/g)和Pb(0.04mg/g),说明该耦合工艺对部分重金属也有沉淀去除的作用. 2.5 耦合工艺的机理和优势实验表明耦合体系中废水中的氨氮和部分有机物的去除是通过阳极氧化作用将氯离子生成强氧化剂(HClO 或ClO -)来实现,这和文献研究结果[7-10]一致.在耦合体系中铁网作为双极性电极,在外电压和阴阳极的作用下将诱导并生成Fe 2+,Fe 3+等大量阳离子,在水解作用下通生成Fe(OH)2、Fe(OH)3等絮凝沉淀物[8-12],电絮凝过程不需要额外的外加电源.废水中的大部分COD 、色度、TP 和部分重金属是通过电絮凝作用得到去除.因此,电化学耦合工艺实现同步去除多种污染物是由于反应系统中阳极氧化和絮凝沉淀过程的共同作用.高星等[20]曾采用混凝+电氧化组合工艺处理垃圾渗滤液生化出水,在投加适量混凝剂和最优电氧化工作条件下,出水COD 去除率可达85%,氨氮和色度可达排放标准.但本研究的电化学耦合体系在常规组合工艺的基础上,将电氧化和电絮凝技术嵌入一个反应器内,去除过程仅用一次电量消耗,无需外加絮凝剂,可同时去除多种污染物,电流利用效率高,污染物去除效率高.该工艺在垃圾渗滤液的深度处理过程中具有较大的实际应用前景,但同时实验需在后续研究中扩大处理规模,以验证耦合工艺在实际应用中的可行性. 3 结论3.1 单因素实验表明耦合工艺可实现同步去除COD 及TN 的效果,不同污染物受因素的影响程度不同.通过响应曲面法优化可得到COD 去除的最佳条件为极板间距为3.8cm,循环流速为1mL/min, Cl -浓度为5556mg/L.TN 去除的最佳条件为极板间距为5.7cm,循环流速为1mL/min, Cl -浓度为5437mg/L.3.2 响应曲面法方差分析结果表明二次响应面拟合模型和实际数据关系达到显著性水平.在最优条件下,实验验证COD 去除率为84.6%,TN 去除率为86.4%,与模型预期值较接近.对COD 去除率影响显著因素是循环流速和Cl -浓度,而对3期侯韦竹等：响应面法优化电氧化-絮凝耦合工艺深度处理垃圾渗滤液 955TN去除率影响显著因素是极板间距.3.3耦合工艺可同时使出水中COD、TN、TP 和色度达到国家控制标准,其中TP去除率可达到60%以上,色度去除率可达到90%以上.3.4耦合工艺可作为垃圾渗滤液的深度处理工艺.其中氨氮和部分COD主要通过阳极氧化作用去除,而大部分COD、色度和TP则是通过电絮凝作用去除.参考文献：[1] Fernandes A, Santos D, Pacheco M J, et al. Nitrogen and organicload removal from sanitary landfill leachates by anodic oxidation at Ti/Pt/PbO2, Ti/Pt/SnO2-Sb2O4and Si/BDD [J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2014,148:288-294.[2] Xiao S, Peng J, Song Y, et al. Degradation of biologically treatedlandfill leachate by using electrochemical process combined with UV irradiation [J]. Separation and Purification Technology, 2013,117:24-29.[3] Kurniawan T A, Lo W. Removal of refractory compounds fromstabilized landfill leachate using an integrated H2O2oxidation and granular activated carbon (GAC) adsorption treatment [J]. Water Research, 2009,43(16):4079-4091.[4] Kurniawan T A, L o W, Chan G Y S. Radicals-catalyzedoxidation reactions for degradation of recalcitrant compounds from landfill leachate [J]. Chemical Engineering Journal, 2006, 125(1):35-57.[5] 代晋国,宋乾武,张玥,等.新标准下我国垃圾渗滤液处理技术的发展方向 [J]. 环境工程技术学报, 2011,1(3):270-274.[6] Zollig H, Fritzsche C, Morgenroth E, et al. Direct electrochemicaloxidation of ammonia on graphite as a treatment option for stored source-separated urine [J]. Water Research, 2015,69:284-294. [7] Vanlangendonck Y, Corbisier D, Van L ierde A . Influence ofoperating conditions on the ammonia electro-oxidation rate in wastewaters from power plants [J]. Water Research, 2005,39(13): 3028-3034.[8] Khandegar V, Saroha A K. Electrocoagulation for the treatmentof textile industry effluent - A review [J]. Journal of Environmental Management, 2013,128:949-963. [9] Cabeza A, Urtiaga A, Rivero M J, et al. Ammonium removalfrom landfill leachate by anodic oxidation [J]. Journal of hazardous materials, 2007,144(3):715-719.[10] Anglada Á, Urtiaga A, Ortiz I, et al. Boron-doped diamondanodic treatment of landfill leachate: evaluation of operating variables and formation of oxidation by-products [J]. Water Research, 2011,45(2):828-838.[11] Ricordel C, Djelal H. 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Desalination, 2010,258(1-3): 112-119.[18] 刘鹏宇,夏传,常青,等.聚合硫酸铁混凝消除水中有机氯的研究 [J]. 中国环境科学, 2015,35(8):2382-2392.[19] Ghanbari F, Moradi M, Mohseni-Bandpei A, et al. Simultaneousapplication of iron and aluminum anodes for nitrate removal: a comprehensive parametric study [J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2014,11(6):1653-1660.[20] 高星,李平,吴锦华.垃圾渗滤液生物处理出水的深度处理组合工艺 [J]. 环境工程学报, 2014,8(6):2376-2380.作者简介：侯韦竹(1992-),女,黑龙江东宁人,哈尔滨工业大学硕士研究生,主要从事污水电化学处理研究.。

研发项目总结报告项目名称：垃圾渗滤液组合式处理工艺研究项目编号：立项时间：目录1 项目名称 (3)2 研发周期 (3)3 研发人员 (3)4 研发项目目的 (3)5 组织实施方式 (3)6 主要研究内容 (4)6.1 技术核心内容 (4)6.2 工艺简介： (4)7 研发工程实验实施步骤 (5)7.1工程装置设计计算 (5)7.2 工程设备制作安装 (5)7.3 试验现场初步调试 (7)8 实验数据分析及结论 (9)8.1 运行过程中各反应器COD Cr去除效果分析 (9)8.2启动过程中可生化性分析 (11)8.3 启动过程中接触氧化反应器的BOD5去除效果分析 (12)8.4 启动过程中氨氮去除效果分析 (13)8.5 研发工程试验总结 (13)9 预期效果完成情况 (14)10. 项目周期计划及完成情况 (14)11. 资金计划及实际支出情况 (15)12. 审核意见 (15)13. 审批意见 (15)1 项目名称垃圾渗滤液组合式处理工艺研究2 研发周期开始：2022年2月1日结束：2023年6月30日3 研发人员研发成员结构表4 研发项目目的随着城市建设的发展和人民生活水平的提高，生活垃圾的产生量也成倍增加。

我国生活垃圾处理处理方式主要为卫生填埋或焚烧。

生活垃圾在暂存、压缩、处理过程中会产生含有大量有机和无机污染物的液体，既垃圾渗滤液，其对周边环境及土壤极易造成严重污染。

垃圾渗滤液通常具有水质浓度高、波动大、成分复杂等特点，处理难度大、费用高。

对垃圾渗滤液的有效处理，是国内外研究的热点和难点。

公司致力于进入生活垃圾等有机固体废弃物处理领域，且已开始对接或承揽相关项目，垃圾渗滤液处理工艺和技术的研究十分必要，将有利于解决该项目技术难题，提高项目技术可靠性。

同时，为公司开拓相关领域市场提供技术支撑。

5 组织实施方式本项目自主研发，经费自筹。

技术研发部组织成立研发项目小组，组织开展研发项目相关工作，公司政策办公室、财务部、采购部、工程部、商务部等相关部门配合。