响应曲面法在UVPMS工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用的制作方法
本发明涉及uv/pms工艺，具体为响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用。
背景技术：
1、dbps是饮用水消毒过程中常见的一类副产物，绝大多数属于“三致”物质，对人体健康具有较大威胁。其中，相比卤代甲烷和卤代乙酸等常规dbps，卤乙腈和卤代乙酰胺等n-dbps因具有更高的遗传毒性和细胞毒性近年来受到人们广泛关注。由于消毒产物是在饮用水处理的最后阶段——消毒过程及管网二次加氯过程中产生的，常规水处理手段难以将其去除，这给饮用水dbps的控制带来巨大困难，目前缺乏较为有效的去除dbps的手段。
2、在实际水体中，卤乙腈往往不是单独存在的。事实上，经过水厂消毒后，水中氯乙腈、二氯乙腈和三氯乙腈往往会同时存在。此外，由于二氯乙腈和三氯乙腈的水解作用，水体中还会伴随卤代乙酰胺的存在。
3、本申请是针对饮用水中存在的毒性较高的n-dbps(卤乙腈和卤代乙酰胺)，采用紫外活化过硫酸氢钾产生自由基对其进行氧化降解，以达到从饮用水中去除的目的。通过确定多种因素(温度、pms投加量、紫外功率等)对降解过程的影响，最后，对uv/pms氧化工艺中的参数进行优化，并得出最佳工况条件，为饮用水中dbps的去除提供一种新的思路和方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，解决了上述问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
3、响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用。
4、优选的，所述响应曲面法为box-behnken模型。
5、优选的，优化步骤在于：采用二次多项式模型拟合降解过程，以pms投加量、紫外功率和停留时间为自变量，5种n-dbps的总降解率为目标函数，总降解率可以表达为：
6、
7、式中：y——响应值(卤乙腈和卤代乙酰胺的总降解率)；
8、β0——偏移项(常数)；
9、βi——线性系数；
10、βii——二次项系数；
11、βij——交互系数；
12、xi、xj——变量编码值
13、通过design-expert 8.05b软件进行拟合，得到pms投加量、紫外功率和停留时间与总降解率的函数关系，将各变量的水平编码值转化为变量的实际值，得到如下回归方程：
14、y＝-64.3+127.2a+19.55b+1.28c-4.15ab-0.23ac-0.05bc-93.06a2-0.9b2-4.13×10-3c2。
15、式中：y——总降解率，％；
16、a——pms投加量，mm；
17、b——紫外功率，w；
18、c——停留时间，min。
19、优选的，5种n-dbps分别为：氯乙腈、二氯乙腈、三氯乙腈、二氯乙酰胺和三氯乙酰胺。
20、优选的，模型的f值为88.23，p值<0.0001，模型的相关系数r2和调整决定系数radj2分别为0.9913和0.9800。
21、优选的，pms投加量为0.41mm，紫外光强度为9.62mw/cm2，停留时间为80min。
22、本申请还提供了一种反应装置，包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器的上端设置有外套管，所述外套管的内部设置有内套管，所述内套管上分别设置有试剂加注口和取样口，所述内套管内设置有石英套管，所述石英套管的内部设置有紫外线灯。
23、优选的，还包括反应室，其内部填充有水，所述反应室设置在内套管和外套管之间，且反应室处于外套管的内壁上设置有水浴温控层。
24、本发明提供了响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，具备以下有益效果：
25、本申请中，通过对uv/pms工艺采用box-behnken模型进行回归分析优化后，得到如下二次多项式回归方程：y＝-64.3+127.2a+19.55b+1.28c-4.15ab-0.23ac-0.05bc-93.06a2-0.9b2-4.13×10-3c2。
26、本申请中，通过对模型的方差分析和显著性检验可知，模型的f值为88.23，p值<0.0001，模型的相关系数r2和调整决定系数radj2分别为0.9913和0.9800，说明模型显著，拟合程度好，能较好模拟实际降解过程。
27、本申请中，三个变量的f值遵循如下顺序：紫外功率>停留时间>pms投加量，说明在本课题的实验条件下，在紫外、停留时间和pms投加量各自的取值范围内，紫外功率对降解率的影响最大，停留时间次之，pms投加量对降解率的影响最小。三个变量中，pms投加量与紫外功率以及紫外功率与停留时间的交互作用均显著，而pms投加量与停留时间的相互作用不显著。
28、本申请中，通过模型优化分析，在本申请实验条件下得到最优工况：pms投加量为0.41mm，紫外光强度为9.62mw/cm2，停留时间为80min。该条件下，卤乙腈和卤代乙酰胺的总降解率达95.1％，该值与实验值仅相差1.9％，说明模型预测结果与实际情况非常接近，模型结果较有效可靠。
技术特征：
1.响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用。
2.如权利要求1所述的响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，其特征在于：所述响应曲面法为box-behnken模型。
3.如权利要求1所述的响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，其优化步骤在于：采用二次多项式模型拟合降解过程，以pms投加量、紫外功率和停留时间为自变量，5种n-dbps的总降解率为目标函数，总降解率可以表达为：
4.如权利要求3所述的响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，其特征在于：5种n-dbps分别为：氯乙腈、二氯乙腈、三氯乙腈、二氯乙酰胺和三氯乙酰胺。
5.如权利要求3所述的响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，其特征在于：模型的f值为88.23，p值<0.0001，模型的相关系数r2和调整决定系数radj2分别为0.9913和0.9800。
6.如权利要求1所述的响应曲面法在uv/pms工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用，其特征在于：pms投加量为0.41mm，紫外光强度为9.62mw/cm2，停留时间为80min。
7.一种反应装置，其特征在于：包括磁力搅拌器，所述磁力搅拌器的上端设置有外套管，所述外套管的内部设置有内套管，所述内套管上分别设置有试剂加注口和取样口，所述内套管内设置有石英套管，所述石英套管的内部设置有紫外线灯。
8.如权利要求7所述的一种反应装置，其特征在于：还包括反应室，其内部填充有水，所述反应室设置在内套管和外套管之间，且反应室处于外套管的内壁上设置有水浴温控层。
技术总结
本发明涉及UV/PMS工艺技术领域，具体为响应曲面法在UV/PMS工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺优化中的应用；运用了RSM研究了UV/PMS工艺降解卤乙腈和卤代乙酰胺的过程，采用Box‑Behnken模型，建立了以5种N‑DBPs的总降解率为响应值，PMS投加量、紫外功率和停留时间为自变量的二次多项式回归方程。并依托二次多项式模型，研究了PMS投加量、紫外功率和停留时间对总降解率的影响以及这三者之间的交互作用。最后，通过模型优化，得到最优工况参数并进行实验验证。
技术研发人员：张星,谭辉,王玉磊,赵强,李树青
受保护的技术使用者：中国人民解放军91451部队
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23