趙志剛

摘要： 許多處理污水的主要方法是以去除污水的量為指標，所以提高去除污水率對處理污水具有不可估量的影響。一般的研究方法具有適應性差、能耗大、安全性低等不足。響應面法是在數(shù)學建模和邏輯分析的基礎上研究出來的，通過研究各種可能的因素對工藝優(yōu)化的作用，以最大程度提高優(yōu)化效率，它被認為是一項高效且實用的處理工藝和處理方法，能夠用于各種處理污水中的變量控制。本文分析了響應面法的污水處理工序和工藝優(yōu)化原理，綜合研究了響應分析法在各種處理污水優(yōu)化中的作用，目的是研究出一種安全有效、環(huán)保節(jié)能的處理污水的優(yōu)化工藝。

關鍵詞： 響應面法； 污水處理； 工藝優(yōu)化； 應用研究

響應面法是把數(shù)學建模和化學試驗綜合起來的研究方法，同時對優(yōu)化參數(shù)、工藝處理和統(tǒng)計分析也進行了結(jié)合，一般應用于研究某種有價值的優(yōu)化參數(shù)受不同變量作用的統(tǒng)計和建模方法，以完成提高污水去除率的任務。響應面法的應用時間短，卻廣受青睞，已經(jīng)普遍應用于工藝優(yōu)化與數(shù)理研究等方面。目前，對響應面法的研究在各個方面都受到重視。本文基于對響應面法的設計原理和實際應用的分析，綜合論述了現(xiàn)階段響應面法在各種污水處理優(yōu)化工藝中的實際，旨在能夠為處理廢水的優(yōu)化工藝貢獻有價值的參考意見和研究方法。

1、 響應面法的基本原理

1. 1 數(shù)學建模的試驗

在進行數(shù)學建模的過程中，要使模型可以獲得比較接近實際的優(yōu)化參數(shù)，在進行數(shù)學建模分析時一定檢驗其有效性和精確性。建模試驗的有效性取決于決定系數(shù)：

R2 =回歸平方和/總平方和

它是對期望值和參數(shù)近似值的表現(xiàn)。就某一非常接近于期望值的近似值模型來說，它的R2 的數(shù)值必須近似于1. 0。期望值和實際值存在的差值被叫做殘差，在評價一個模型的有效性時，殘差是主要的衡量標準。如果殘差的分布是正向分布，殘差點會在一條直線周圍有規(guī)律地分布，證實這個數(shù)學模型非常理想。F值用來衡量各種變量的作用和重要性。如果F值越大那么 p和F 的差值就越小，證實該數(shù)學模型與個體的相關性大。若 p與F 的差值小于 0. 05，證實該模型處于95%的范圍影響顯著。數(shù)學模型在建模中相關數(shù)據(jù)的誤差用失擬項來表現(xiàn)，失擬項越小越好。若失擬項比 F 值大，證實數(shù)據(jù)誤差非常大，就必須對該模型進行完善。

1. 2 優(yōu)化工藝的研究

高線圖和三維曲面圖通常被用來衡量多元二次回歸模型的擬合結(jié)果，等高線圖用來表示擬合數(shù)據(jù)的二維模型，響應曲面圖則用來表示擬合結(jié)果的三維模型，這兩個圖能夠直觀地反映多種變量的響應情況。若存在三個以及多于三個的變量，高線圖和三維曲面圖就會出現(xiàn)一個常數(shù)值。所以，響應曲面分析法能夠獲取預期的響應的最大值和最小值，以及最優(yōu)的參數(shù)值。如果出現(xiàn)多于三個的變量，則不容易獲取與一切變量都符合的最優(yōu)參數(shù)，此時不妨改變思路選擇另一種優(yōu)化工藝。

2、響應面法與傳統(tǒng)方法的差異

傳統(tǒng)的研究方法通過觀察不同的變量對響應的不同作用來推斷最優(yōu)參數(shù)值，只分析了單一的因素發(fā)生變動之于響應的作用，卻沒有分析各種因素的相互作用。正交試驗設計即使能夠分析多種變量的共同作用，也不能在劃定的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)變量和響應值的明確的數(shù)量關系，所以就不能發(fā)現(xiàn)劃定的范圍內(nèi)的最優(yōu)參數(shù)值和最優(yōu)響應值。但是響應面法能夠基于相關數(shù)據(jù)建立回歸方程，在對其進行分析，以尋得受不同變量作用的最優(yōu)參數(shù)值和最優(yōu)響應值。因為它試驗的時間短、頻率少、誤差小，與單因素分析、比正交實驗法、和均勻設計法等傳統(tǒng)方法相比，具有莫大的優(yōu)勢。所以在實際運用中也比傳統(tǒng)方法更受歡迎，應用也更為廣泛。圖1是響應面法在實際生活中的應用。

3、響應面法在廢水處理的實際應用

3.1焦化和煤氣化廢水

焦化和煤氣化廢水是一種有機廢水，不僅毒性強而且難以降解，它的來源多為焦爐煤氣初冷和焦化生產(chǎn)過程中的產(chǎn)生的廢水。這種廢水的污染物含量大，毒性強，其主要成分多環(huán)芳烴不僅難以處理，而且往往毒性極強。對環(huán)境造成嚴重的污染的同時，還會對人體產(chǎn)生致癌物質(zhì)。采用響應面法能夠優(yōu)化處理焦化和煤氣化廢水，找到最有效的試驗條件。圖2是廢水處理的相應參數(shù)分析。

3. 2 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液通常指垃圾填埋場中的垃圾本身含有的水分、進入填埋場的雨水和雪水，扣除垃圾層和覆土層的含水量，在垃圾層和覆土層產(chǎn)生的一種有機廢水。滲濾液的污染物的分類極廣，但它們普遍具有濃度高，毒性強，難以降解的特點，嚴重污染地表水和地下水的水質(zhì)。采用響應面分析法進行工藝優(yōu)化通常是處理這類廢水的最佳選擇。

4、結(jié)束語

響應面法已經(jīng)廣泛應用于相關的工藝優(yōu)化，研究證實，通過響應面法進行工藝參數(shù)的優(yōu)化準確度高，而且在實際的污水處理工藝優(yōu)化上已經(jīng)得到了普遍的應用。但是，這種分析方法還是具有一定的局限性。所以，工藝優(yōu)化后的參數(shù)必須還要接受相關試驗的檢驗，實際應用中的工藝效率值還有待提升，同時工藝優(yōu)化試驗中的預測值也要進行進一步的討論。

參考文獻：

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[14]王紅濤，王增長.催化超臨界水氧化法處理制藥廢水的研究[J].水處理技術，2014，40（ 4） ： 92-94.

（作者單位：蘇州中晟水處理有限公司）