基于Box-Behnken 响应曲面法优化Fenton 氧化处理柿竹园多金属选矿废水 sup ① _sup _薛珂.pdf

基于 Box-Behnken 响应曲面法优化 Fenton 氧化处理 柿竹园多金属选矿废水 ① 薛 珂， 李文风， 常庆伟， 周瑜林 （长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 以柿竹园东波选厂选矿废水为研究对象，采用响应曲面法对 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化法处理选矿废水的工艺进行优化。 以反应 ｐＨ 值、 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量、Ｈ２Ｏ２用量为影响因素，ＣＯＤ 去除率为响应值，通过 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 响应曲面法建立因素与响应值之间的数学模 型，得到最佳工艺条件为反应 ｐＨ 值 ２.９８、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量 ４４６.７６ ｍｇ／ Ｌ、Ｈ２Ｏ２用量 ４５７.６６ ｍｇ／ Ｌ，该条件下验证得 ＣＯＤ 去除率为 ７６.５５％，与模型预测值偏差仅 １.６５ 个百分点，证明了响应曲面法用于优化 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化法处理选矿废水工艺的可行性和有效性。 关键词 废水处理； 响应曲面法； Ｆｅｎｔｏｎ 氧化； 选矿废水 中图分类号 Ｘ７０３文献标识码 Ａｄｏｉ１０.３９６９／ ｊ.ｉｓｓｎ.０２５３－６０９９.２０２０.０１.００９ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０１－００４１－０５ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｅｎｔｏｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Bｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ Ｓｈｉｚｈｕｙｕａｎ Ｐｏｌｙｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ Bａｓｅｄ ｏｎ ａ Bｏｘ-Bｅｈｎｋｅｎ Ｄｅｓｉｇｎ ＸＵＥ Ｋｅ， ＬＩ Ｗｅｎ-ｆｅｎｇ， ＣＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ-ｗｅｉ， ＺＨＯＵ Ｙｕ-ｌｉｎ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ Ｄｏｎｇｂｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｚｈｕｙｕａｎ Ｍｉｎｅ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙ. Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ （ＲＳＭ） ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ Ｆｅｎｔｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐＨ ｖａｌｕｅ， ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ ｄｏｓａｇｅ ａｎｄ Ｈ２Ｏ２ｄｏｓａｇｅ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ＣＯＤ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ， ａｎ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＯＤ ｒａｔｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ＲＳＭ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ ｄｅｓｉｇｎ. Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｆ ２.９８， ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ４４６.７６ ｍｇ／ Ｌ， Ｈ２Ｏ２ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ４５７.６６ ｍｇ／ Ｌ. Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ＣＯＤ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ７６.５５％， ｗｉｔｈ ｊｕｓｔ １.６５ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｐｏｉｎｔ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ＲＳＭ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｅｎｔｏｎ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ （ＲＳＭ）； Ｆｅｎｔｏｎ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ 湖南柿竹园多金属矿是典型特大型硫化矿-氧化 矿共生型钨多金属矿，东波选厂是柿竹园三大选厂之 一，主要涉及钼铋钨萤石等资源的综合回收。 选厂选 矿工艺复杂，以浮选为主，涉及磨矿、分级、磁选、浮选、 摇床、脱水等工序［１］，在钼铋钨萤石的选别过程中加 入了大量选矿药剂，导致选矿废水性质复杂，处理难度 大，若直接排放将造成严重的环境污染。 目前，选厂尾 矿水与石灰混合后输送至柴山尾矿库沉降，经尾矿库 沉降后的上清液溢流排至水处理站进行处理，由于处 理水水质不能满足选矿要求，难以重复利用，只能达标 排放，排放量高达 ２０ ０００ ｍ３／ ｄ，不仅造成水资源大量 浪费，而且对受纳水体造成严重污染［２］。 ①收稿日期 ２０１９－０８－１９ 基金项目 国家自然科学基金（５１６０４０４０） 作者简介 薛 珂（１９９１－），女，湖南益阳人，工程师，硕士，主要从事矿山环保方面的研究。 通讯作者 周瑜林（１９８３－），女，湖南岳阳人，高级工程师，博士，主要从事选矿、药剂及环保方面的研究。 第 ４０ 卷第 １ 期 ２０２０ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ.４０ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０２０ ChaoXing Ｆｅｎｔｏｎ 氧化法是一种高级氧化技术，主要原理是 Ｈ２Ｏ２被 Ｆｅ ２＋ 催化分解成羟基自由基（ ＯＨ），ＯＨ 具 有极强的氧化能力，可使有机物完全无机化或裂解为 小分子［３］。 响应曲面法是一种用于开发、改进和优化 流程，评估各种工艺参数的方法［４］，该方法可同时考 察影响因素单独作用及交互作用的显著性。 为改进柿竹园东波选厂现有废水处理工艺，采用 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 响应曲面法对 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化工艺条件进行 优化。 首先，根据单因素试验确定反应主要影响因素 及取值范围；然后，通过响应曲面法建立因素与响应值 之间的数学模型，确定最佳工艺条件和预测值；最后， 验证模型，确定最优反应条件的准确性，为该工艺技术 开发利用提供理论依据和实验基础。 １ 材料和方法 １.１ 实验原料 实验原料取自柿竹园东波选厂尾矿库溢流水，水 质外观清澈偏黄，其水质分析结果见表 １。 表 １ 水质分析结果 ｐＨ 值 杂质含量／ （ｍｇＬ －１ ） ＳＳＣＯＤＣａ ２＋ Ａｌ ３＋ Ｐｂ ２＋ Ｚｎ ２＋ １１.５５２５６１０２３７.８０.１３０.００５０.０４ １.２ 实验药品与仪器 实验药品３０％ 的 Ｈ２Ｏ２、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ、Ｈ２ＳＯ４、 ＮａＯＨ，均为分析纯；阴离子型聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）。 实验仪器ｐＨ 计（雷磁，ＰＨＳ－３Ｃ）；磁力搅拌器 （Ｗｉｇｇｅｎｓ，ＷＨ２２０－ＨＴ）；电子分析天平（ＳＨＩＭＡＤＺＵ， ＡＵＹ２２０）。 １.３ 检测项目及分析方法 采用 水 质 化 学 需 氧 量 的 测 定 重 铬 酸 盐 法 （ＨＪ８２８２０１７ 代替 ＧＢ１１９１４８９）对废水中 ＣＯＤ 含 量进行测定。 １.４ 实验方法 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化试验装置由烧杯和磁力搅拌器组成。 取选矿废水加入烧杯中，用 Ｈ２ＳＯ４或 ＮａＯＨ 调节 ｐＨ 值，然后加入一定量 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ，打开搅拌器，待铁 盐溶解后加入 Ｈ２Ｏ２，反应从此刻开始计时，反应完成 后立即加入 ＮａＯＨ 溶液调节 ｐＨ 值中止反应，再添加 ＰＡＭ 将铁盐絮凝沉降，静置后取上清液测定 ＣＯＤ 含量。 １.５ 实验设计 单因素试验考察反应时间、反应 ｐＨ 值、Ｈ２Ｏ２用 量、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量对废水 ＣＯＤ 去除率的影响。 响应曲面法试验选择单因素实验中对 ＣＯＤ 去除 率有显著影响的 ３ 个因素，每个因素取 ３ 个水平，采用 Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ 软件对试验因素进行 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 响应 曲面编码设计，求出二次多项式回归方程，再对实验数 据进行回归分析。 ２ 结果与讨论 ２.１ Fenton 氧化单因素试验 ２.１.１ 反应时间的影响 将选矿废水 ｐＨ 值调节至 ３，加入 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ ５００ ｍｇ／ Ｌ 和 Ｈ２Ｏ２５００ ｍｇ／ Ｌ，考察了 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化反应 时间对废水 ＣＯＤ 去除率的影响，结果如图 １ 所示。 时间/min ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 80 60 40 20 0 200406080100120 COD去除率/ 图 １ 反应时间对废水 COD 去除率的影响 由图 １ 可知，ＣＯＤ 去除率随反应时间增加先增加 后基本保持不变。 由此可知，在适宜条件下，Ｆｅｎｔｏｎ 氧 化系统可产生足量的ＯＨ，快速高效降解废水中的有 机物，随着反应的进行，催化剂 Ｆｅ ２＋ 逐渐失活，ＯＨ 减少， 有 机 物 降 解 过 程 基 本 结 束［５］。 因 此， 确 定 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化的最佳反应时间为 ３０ ｍｉｎ。 ２.１.２ 反应 ｐＨ 值的影响 反应时间 ３０ ｍｉｎ，其他条件不变，考察了反应 ｐＨ 值对废水 ＣＯＤ 去除率的影响，结果如图 ２ 所示。 反应pH值 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 80 60 40 20 0 213456 COD去除率/ 图 ２ 反应 pH 值对废水 COD 去除率的影响 由图 ２ 可知，反应 ｐＨ 值对 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化有较大影 ２４矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing 响，随着 ｐＨ 值增加，ＣＯＤ 去除率先增加后减小。 分析 原因知，当 ｐＨ＜２ 时，溶液中大量的 Ｈ＋与 Ｈ２Ｏ２反应生 成稳定的［Ｈ３Ｏ２］ ＋，致使 Ｈ ２Ｏ２ 的分解受到抑制，从而 导致ＯＨ 减少，降低氧化效率；当 ｐＨ＞４ 时，大部分 Ｆｅ ２＋ 仍然以离子形式存在，但体系中 Ｆｅ ３＋ 会联合 Ｆｅ ２＋ 共沉，影响铁离子络合平衡，导致 Ｆｅ ２＋ 失活，使氧化能 力下降［６］。 因此，确定最佳 ｐＨ 值为 ３。 ２.１.３ ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量的影响 ｐＨ＝３，其他条件不变，考察了 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量 对废水 ＣＯＤ 去除率的影响，结果如图 ３ 所示。 FeSO4 7H2O用量/mg L-1 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 80 60 40 20 0 4000800120016002000 COD去除率/ 图 ３ FeSO４７H２O 用量对废水 COD 去除率的影响 由图 ３ 可知，Ｆｅｎｔｏｎ 氧化效率随着 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量增加先增加后缓慢降低。 分析原因知，当 ＦｅＳＯ４ ７Ｈ２Ｏ 用量较小时，体系中 Ｆｅ ２＋ 含量过少，不能将 Ｈ２Ｏ２ 全部分解，导致氧化效率较低［７］；当 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 过量 时，体系中多余 Ｆｅ ２＋ 会消耗体系内的ＯＨ，从而降低氧 化能力。 因此，确定 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 的用量为 ４００ ｍｇ／ Ｌ。 ２.１.４ Ｈ２Ｏ２用量的影响 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量 ４００ ｍｇ／ Ｌ，其他条件不变，考 察了 Ｈ２Ｏ２用量对废水 ＣＯＤ 去除率的影响，结果如图 ４ 所示。 H2O2用量/mg L-1 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 80 60 40 20 0 20004006008001000 COD去除率/ 图 ４ H２O２用量对废水 COD 去除率的影响 由图４ 可知，Ｆｅｎｔｏｎ 氧化效率随 Ｈ２Ｏ２用量增加先 增加后缓慢降低。 分析原因知，当 Ｈ２Ｏ２用量较小时， 体系中生成的ＯＨ 较少，氧化能力弱；而当 Ｈ２Ｏ２过 量时，分解速度加快，在单位时间内产生了大量的 ＯＨ，ＯＨ 易发生自身消耗，降低体系氧化能力；同 时，ＯＨ 可与 Ｈ２Ｏ２反应生成 ＨＯ２，进一步降低氧 化效率［８］；该过程还会产生氧气导致絮团上浮，不利 于固液分离。 因此，确定 Ｈ２Ｏ２用量为 ４００ ｍｇ／ Ｌ。 ２.２ Fenton 氧化选矿废水的响应曲面分析 ２.２.１ 模型建立与方差分析 根据单因素试验结果，选择 ｐＨ 值、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量、Ｈ２Ｏ２用量三个因素，以 ＣＯＤ 去除率为响应值， 利用 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 设计原理，进行响应曲面分析。 响 应曲面试验的影响因子水平及编码见表 ２，实验结果 见表 ３。 表 ２ 影响因子水平及编码 实验因素编码 编码及水平 －１ ０１ ｐＨ 值Ａ２３４ ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量 Ｂ３００４００５００ Ｈ２Ｏ２用量Ｃ３００４００５００ 表 ３ 实验设计与响应结果 编号 编码响应值 ＡＢＣＹ １３４００４００７３.２１ ２４３００４００４９.３５ ３３４００４００７４.６５ ４２４００３００５２.３５ ５４５００４００５１.１７ ６３５００５００７５.２８ ７３４００４００７４.４２ ８３３００３００６３.５７ ９２５００４００５５.２２ １０４４００３００４７.２５ １１３５００３００６５.６５ １２３４００４００７３.７５ １３３４００４００７５.５７ １４３３００５００６６.１５ １５４４００５００５２.３６ １６２４００５００５６.３３ １７２３００４００５１.２１ 利用软件对表 ３ 数据进行响应曲面分析，建立 ｐＨ 值、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量、Ｈ２Ｏ２用量与 ＣＯＤ 去除率之间 的二次多项式模型，拟合得到回归方程 Ｙ＝７３．６２－１．８７Ａ＋２．０６Ｂ＋２．５９Ｃ＋０．５５ＡＢ＋２．０８ＡＣ＋ １．６１ＢＣ－１８．６６Ａ２－３．２２Ｂ２－２．８９Ｃ２ 对该二次回归方程的方差进行分析，结果见表 ４。 ３４第 １ 期薛 珂等 基于 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 响应曲面法优化 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化处理柿竹园多金属选矿废水 ChaoXing 表 ４ 回归方程的方差分析 来源平方和自由度均方Ｆ 值Ｐ显著性 模型１ ７３９.４６９.００１９３.２７１９０.３８＜０.０００ １显著 Ａ２８．０５１．００２８．０５２７．６３０．００１ ２显著 Ｂ３３．７８１．００３３．７８３３．２８０．０００ ７显著 Ｃ５３．５６１．００５３．５６５２．７６０．０００ ２显著 ＡＢ１．２０１．００１．２０１．１８０．３１３ １不显著 ＡＣ０．３２１．０００．３２０．３１０．５９２ ５不显著 ＢＣ１０．４０１．００１０．４０１０．２４０．０１５ １显著 Ａ２１ ４６６．２８１．００１ ４６６．２８１ ４４４．３２＜ ０．０００ １显著 Ｂ２４３．６９１．００４３．６９４３．０４０．０００ ３显著 Ｃ２３５.０８１.００３５.０８３４.５５０.０００ ６显著 残差７.１１７.００１.０２ 失拟项４.９０３.００１.６３２.９６０.１６１ １不显著 纯误差２.２１４.０００.５５ 总离差１ ７４６.５７１６.００ 注 Ｆ 表示检验所得值。 Ｐ 表示置信度，Ｐ＜０．０００ １，差异极显著； Ｐ＜０．０１，差异很显著；Ｐ＜０.０５，差异显著。 由表 ４ 可知，模型 Ｆ 值为 １９０.３８，Ｐ 值小于 ０.０００ １， 表明该模型出现噪音的机会小于 ０.０１％，模型极显著， 回归效果好，可用来进行响应值的预测［９］。 在 ３ 个因 素中，Ａ、Ｂ、Ｃ 的 Ｐ 值均小于 ０.０１，说明三因素对响应 值都有很显著影响，其显著性由大到小顺序为 Ｈ２Ｏ２ 用量（Ｆ＝５２.７６）、ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量（Ｆ＝３３.２８）、ｐＨ 值 （Ｆ＝２７．６３）。 在实验范围内，因素 ＡＢ、ＡＣ 的 Ｐ 值大于 ０．０５，表明 ＡＢ 之间和 ＡＣ 之间交互影响不显著，因素 ＢＣ 的 Ｐ 值小于 ０．０５，表明 ＢＣ 之间交互影响显著。 ２.２.２ ＣＯＤ 去除率的响应曲面分析 为考察 ３ 个因素交互作用及其对 ＣＯＤ 去除率的 影响，利用软件作图，固定一个因素不变，获得另外两 个因素对响应值的响应曲面图和等高线图［１０］，结果分 别见图 ５～７。 由图 ５ 可知，当 ｐＨ＜３ 时，ＣＯＤ 去除率随 ｐＨ 值增 加而增加，ｐＨ＞３ 时，ＣＯＤ 去除率随 ｐＨ 值增加而减小； 随着 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量增加，ＣＯＤ 去除率先增加后保 持不变。 分析原因可知，ｐＨ 值过低不利于ＯＨ 生 成，ｐＨ 值过高会降低 Ｆｅ ２＋ 活性；ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量低 时，Ｆｅ ２＋ 含量低，催化效率低。 由图 ６ 可知，当 ｐＨ 值在 ３ 左右时，ＣＯＤ 去除率达 到最大，ｐＨ 值升高或降低都会导致 ＣＯＤ 去除率降低。 ｐＨ 值升高将抑制ＯＨ 产生，且 Ｆｅ ２＋ 将形成 Ｆｅ（ＯＨ）２ 沉淀或铁络合物，导致氧化效率降低。 在实验 Ｈ２Ｏ２ 用量范围内，ＣＯＤ 去除率随 Ｈ２Ｏ２用量增加先增加后 基本不变。 可能原因是， Ｈ２Ｏ２用量增加使溶液中ＯＨ 含量升高，提高了体系氧化效率，但过量的 Ｈ２Ｏ２会消 耗ＯＨ，从而抑制系统的氧化能力。 图 ５ H２O２用量为 ４００ mg/ L 时，反应 pH 值和 FeSO４７H２O 用量对 COD 去除率的响应曲面和等高线图 图 ６ FeSO４７H２O 用量为 ４００ mg/ L 时，反应 pH 值和 H２O２用量对 COD 去除率的响应曲面和等高线图 ４４矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing 图 ７ pH＝３ 时，H２O２用量和 FeSO４７H２O 用量对 COD 去除率的响应曲面和等高线图 由图 ７ 可知，随着 Ｈ２Ｏ２用量和 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用 量增加，加速了 Ｆｅ ２＋ 和 Ｈ２Ｏ２的反应，进而加快了与有 机物的反应；在实验用量范围内，ＣＯＤ 去除率随 Ｈ２Ｏ２ 用量和 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量增加先增加后基本不变。 分析原因，Ｆｅｎｔｏｎ 药剂用量的增加使溶液中ＯＨ 和 Ｆｅ ２＋ 含量升高，提高了体系的氧化效率。 ２.２.３ 最佳试验结果分析和模型验证 利用软件的优化功能，设定各影响因素的约束条 件为２≤Ａ≤４，３００≤Ｂ≤５００，３００≤Ｃ≤５００，预测反应 最佳工艺条件为ｐＨ＝２.９５，ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量 ４４６.７６ ｍｇ／ Ｌ，Ｈ２Ｏ２用量 ４５７.６６ ｍｇ／ Ｌ，该条件下 ＣＯＤ 去除率 预测值为 ７４.９％。 为验证预测结果，在最佳条件下进 行了 ３ 组平行试验，得平均 ＣＯＤ 去除率为 ７６.５５％，与 模型预测值偏差为 １.６５ 个百分点，说明该模型能较真 实地反映各因素对 ＣＯＤ 去除率的影响，具有一定的应 用价值。 ３ 结 论 １） 采用 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化法处理柿竹园多金属选矿废 水，单因素最佳试验条件为反应时间 ３０ ｍｉｎ，反应 ｐＨ 值３，ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量４００ ｍｇ／ Ｌ，Ｈ２Ｏ２用量４００ ｍｇ／ Ｌ。 ２） 采用 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 响应曲面法优化 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化 法处理柿竹园多金属选矿废水，ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量、 反应 ｐＨ 值、Ｈ２Ｏ２用量三因素对响应值 ＣＯＤ 去除率都 有很显著的影响，顺序为Ｈ２Ｏ２用量＞ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量＞反应 ｐＨ 值，其中 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量和 Ｈ２Ｏ２用 量的交互作用较为显著。 ３） 基于 Ｂｏｘ-Ｂｅｈｎｋｅｎ 响应曲面法建立的二次多 项式模型回归性较好，可用于 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化反应条件优 化与 ＣＯＤ 去除率预测。 最佳条件为反应 ｐＨ 值 ２.９８、 ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ 用量４４６.７６ ｍｇ／ Ｌ、Ｈ２Ｏ２用量４５７.６６ ｍｇ／ Ｌ， 该条件下预测 ＣＯＤ 去除率为 ７４.９％，验证试验结果为 ７６.５５％，与预测值偏差为 １.６５ 个百分点。 因此，该模 型能较真实地反映 Ｆｅｎｔｏｎ 氧化中各种因素对 ＣＯＤ 去 除率的影响。 参考文献 ［１］ 姜智超，余侃萍. 氧化-絮凝法处理钨铋选矿废水［Ｊ］. 矿冶工程， ２０１９，３８（１）９１－９４. ［２］ 吴乔松. 多金属选矿废水处理及回用研究［Ｄ］. 长沙湖南农业大 学资源环境学院， ２０１６. ［３］ 赵昌爽，张建昆. 芬顿氧化技术在废水处理中的进展研究［Ｊ］. 环 境科学与管理， ２０１４，３９（５）８３－８７. ［４］ Ｇａｒｇ Ｕ Ｋ， Ｋａｕｒ Ｍ Ｐ， Ｓｕｄ Ｄ， ｅｔ ａｌ. 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