响应曲面法优化Cu2+催化废盐炭化除COD工艺研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0269

摘要/Abstract

摘要：

为降低废盐炭化除COD处理的能耗，采用金属催化有机物热分解技术，研究了Cu²⁺催化废盐炭化除COD工艺，考察了Cu²⁺用量、反应温度和反应时间对废盐炭化过程除COD的影响，并采用响应曲面法进行了建模优化与验证。结果表明：Cu²⁺催化废盐炭化除COD效果明显，可在较低温度下得到较高的COD去除率，未加催化剂炭化时，550 ℃炭化的废盐COD去除率为90.45%，添加催化剂后，350 ℃炭化的废盐COD去除率可达92.20%，降温效果显著；影响COD去除率的显著性因素从高到低依次为Cu²⁺用量、反应温度和反应时间；响应曲面法优化废盐炭化建立的数学模型，其拟合值与实验验证结果的吻合度高，优化后最佳工艺参数为Cu²⁺用量为0.4%、反应温度为450 ℃、反应时间为0.7 h，此时COD去除率预测值为98.53%，通过3次实验验证，实际COD去除率均值为98.55%，与模型相差0.02%，说明优化条件的准确性与可靠性高。

关键词: 废盐, 低温炭化, 除COD, 催化热解, 响应曲面法, Cu²⁺

Abstract:

In order to reduce the energy consumption of COD removal by carbonization of waste salt，metal catalyzed organic cracking technology was used.The process of COD removal by Cu²⁺ catalyzed carbonization of waste salt was studied.The effects of Cu²⁺ dosage，reaction temperature and reaction time on COD removal in the carbonization process of waste salt were investigated.The response surface method was used for modeling optimization and verification.The results showed that the effect of COD removal by Cu²⁺ catalyzed carbonization of waste salt was obvious，and higher COD removal rate could be obtained at lower temperature.When the catalyst was not added，the COD removal rate of the waste salt carbonized at 550 ℃ was 90.45%.After adding the catalyst，the COD removal rate of the waste salt carbonized at 350 ℃ could reach 92.20%，so the temperature reduction effect was remarkable.The significant factors affecting COD removal rate from high to low were Cu²⁺ dosage，reaction temperature and reaction time.The response surface method was used to optimize the mathematical model established by waste salt carbonization.The fitting value was in good agreement with the verification test results.The optimal process parameters after optimization were as follows：the amount of Cu²⁺ was 0.4%，the reaction temperature was 450 ℃，and the reaction time was 0.7 h.At this time，the predicted COD removal rate was 98.53%.Through three experiments，the average COD removal rate was 98.55%，which was 0.02% different from the model，indicating that the optimization conditions were accurate and reliable.

Key words: waste salt, low temperature carbonization, removal of COD, catalytic pyrolysis, response surface method, Cu²⁺

中图分类号:

TQ131.21

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图/表 12

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参考文献 16

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编号	Cu²⁺用量/%	反应温度/℃	反应时间/h	COD去除率/%
编号	Cu²⁺用量/%	反应温度/℃	反应时间/h	实验值	预测值
1	0.1	400	1.5	89.73	90.24
2	0.1	400	0.5	88.61	87.47
3	0.3	400	1.0	95.33	95.41
4	0.3	450	0.5	97.53	97.78
5	0.5	450	1.0	97.66	97.92
6	0.5	400	1.5	96.74	97.88
7	0.3	350	0.5	88.59	89.99
8	0.5	350	1.0	97.53	96.64
9	0.5	400	0.5	98.10	97.59
10	0.3	400	1.0	95.32	95.41
11	0.3	400	1.0	96.25	95.41
12	0.1	350	1.0	82.71	82.45
13	0.3	400	1.0	95.79	95.41
14	0.3	350	1.5	92.98	92.73
15	0.3	450	1.5	99.51	98.11
16	0.1	450	1.0	93.44	94.33
17	0.3	400	1.0	94.38	95.41

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	P值（Prob>F）	显著性
模型	299.15	9	33.24	21.45	0.000 3	显著
A	157.89	1	157.89	101.86	<0.000 1	显著
B	86.66	1	86.66	55.91	0.000 1	显著
C	4.70	1	4.70	3.03	0.125 3	不显著
AB	28.09	1	28.09	18.12	0.003 8	显著
AC	1.54	1	1.54	0.992 0	0.352 4	不显著
BC	1.45	1	1.45	0.936 8	0.365 3	不显著
A²	16.31	1	16.31	10.52	0.014 2	显著
B²	1.57	1	1.57	1.01	0.347 6	不显著
C²	0.095 7	1	0.095 7	0.061 7	0.810 9	不显著
残差	10.85	7	1.55
失拟项	8.92	3	2.97	6.18	0.055 4	不显著
纯误差	1.93	4	0.481 3
总和	310	16

Cu²⁺用量/ %	反应温度/ ℃	反应时间/ h	COD去除率/%
Cu²⁺用量/ %	反应温度/ ℃	反应时间/ h	预测值	实验值
0.4	450	0.7	98.53	1^#	99.13
				2^#	97.39
				3^#	99.13
				均值	98.55

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响应曲面法优化Cu²⁺催化废盐炭化除COD工艺研究

Study on optimization of COD and fluoride removal on waste salt carbonization process by response surface method

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