本发明涉及一种水处理uv/h2o2高级氧化工艺参数优化方法，特别是涉及一种利用响应曲面法确定处理多种难降解有机物及所需uv剂量和h2o2投加量的方法。
背景技术：
高级氧化技术(advanceoxidationprocesses，简称aops)，又称深度氧化技术，是一种充分利用羟基自由基(·oh)的活性，快速彻底氧化有机污染物的水处理技术。其中，uv/h2o2高级氧化工艺，对水中的三氯甲烷、二氯乙酸、阿特拉津、邻二氯苯、邻苯二甲酸二甲酯、双酚a等难降解有机物具有良好的去除效果。但在实际运用中，uv/h2o2工艺存在uv最佳剂量确定困难，h2o2投量大、利用率低及余h2o2难以处理等问题。研究表明，有机物氧化反应速率与uv剂量或光强度成正比，但uv剂量越高，电耗越高，使用成本越高；而h2o2投加量存在一个临界值，低于此值增加h2o2投加量可提高处理效果，高于此值增加h2o2投加量则会降低处理效果；水中腐殖酸及so42-、no3-等无机离子，在uv照射下也会产生·oh，从而增强氧化效率；但同时也是自由基活性组分，会消耗一定的·oh，不利于有机污染物的降解。由此可见，急需提供一种uv/h2o2处理多种有机物时，所需经济有效的uv剂量和h2o2投加量的确定方法。
响应曲面设计方法(rsm)，将各因子与实验结果(响应值)的相互关系用多项式拟合的回归模型作为估算函数，将各因子和实验结果之间的关系函数化，通过分析函数的响应面，研究各因子与响应值之间、各因子两两之间的相互关系，是一种常用的工艺参数优化方法。
rsm已用于us/uv/fenton、uv/h2o2、光催化氧化等高级氧化处理抗生素、硝基苯酚、印染废水、制药废水、淀粉废水等工艺参数的优化。但该方法通常针对单一有机物建立多项式回归方程，而且未考虑各工艺参数的经济因素；用于处理多种有机物时，更难以确定最经济有效的工艺参数。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种确定处理多种有机物时uv/h2o2高级氧化工艺参数优化方法，以达到设定的多种目标有机物去除效果。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种基于响应曲面法的uv/h2o2工艺参数优化方法，包括如下步骤：
(1)设计目标有机物去除的rsm混标实验：采用配套uv/h2o2高级氧化中试装置开展实验；逐一建立目标有机物去除模型并检验其显著性、有效性，分析各自最佳工艺参数；优化设计去除多种目标有机物的最佳工况，并进行模型验证，确定经济有效的工艺参数；
(2)所述目标有机物去除的rsm混标实验：对h2o2投加量、uv剂量以及目标有机物初始浓度等因素及其水平进行设计；利用designexpert软件，采用box-behnken设计方案，设计rsm混标实验，并采用配套uv/h2o2高级氧化中试装置开展实验；
(3)所述uv/h2o2高级氧化中试装置，设有多个药剂投加点，分别用于投加h2o2及配水试验的目标有机物加标，以实际工程待处理水为原水；
(4)所述目标有机物去除模型，以目标有机物去除率为响应值y1，y2……yn，以h2o2投加量a、uv剂量b以及目标有机物初始浓度c1，c2……cn为自变量，应用design-expert软件对实验数据进行多元回归拟合，建立回归方程：
y1＝k1,1+k1,2a+k1,3b+k1,4c1+k1,5ab+k1,6ac1+k1,7bc1+k1,8a2+k1,9b2+k1,10c12(式1)
yn＝kn,1+kn,2a+kn,3b+kn,4cn+kn,5ab+kn,6acn+kn,7bcn+kn,8a2+kn,9b2+kn,10cn2(式2)
其中，k1,1……k1,10，kn,1……kn,10均为常数；
(5)所述回归方程应采用响应曲面二次模型的anova进行方差和相关性分析，分析回归模型的拟合系数和修正拟合系数；若模型有效则可用于工艺参数优化，模型无效则重复实验；
(6)所述工艺参数确定方法：采用designexpert软件，增加uv灯耗电成本m1和h2o2药剂成本m2为修正因子，以最难去除有机物的去除率yx为目标值，其他目标有机物去除率设定为模型区间内，通过optimization优化设计去除多种目标有机物的工艺参数；对应的h2o2投加量a和uv剂量b总成本最小值即为最佳参数，f(a，b)＝min(m1a+m2b)；并考察满意度值衡量其与预期目标值的关系，按照模型求出的最佳工艺参数进行实验和模型验证。
所述uv/h2o2高级氧化中试装置包括依次连接的水泵、电磁流量计、管道混合器和紫外线反应器，所述电磁流量计和管道混合器之间设有多个投加点，在紫外线反应器设有多个取样点。
所述紫外线反应器包括紫外光强探头和紫外灯管，所述紫外光强探头和紫外灯管设置在套管内；所述的紫外灯管为低压灯。
有益效果：本发明简化了实际工程应用过程频繁调整工艺参数，模型建立后可与uv/h2o2高级氧化反应器自控系统的联动，实现工艺参数的自动调节，在保障目标有机物去除率的同时有效降低了成本，对于实际工程的运行具有十分重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明中试装置的结构示意图。
图中：1水泵、2电磁流量计、3管道混合器、4紫外线反应器、5投加点、6取样点、7紫外光强探头、8紫外灯管、9套管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。
本发明基于响应曲面法的uv/h2o2工艺参数优化方法，包括如下步骤：
(1)设计目标有机物去除的rsm混标实验：采用配套uv/h2o2高级氧化中试装置开展实验；逐一建立目标有机物去除模型并检验其显著性、有效性，分析各自最佳工艺参数；优化设计去除多种目标有机物的最佳工况，并进行模型验证，确定经济有效的工艺参数；
(2)所述目标有机物去除的rsm混标实验：对h2o2投加量、uv剂量以及目标有机物初始浓度等因素及其水平进行设计；利用designexpert软件，采用box-behnken设计方案，设计rsm混标实验，并采用配套uv/h2o2高级氧化中试装置开展实验；
(3)所述uv/h2o2高级氧化中试装置，设有多个药剂投加点，分别用于投加h2o2及配水试验的目标有机物加标，以实际工程待处理水为原水；
(4)所述目标有机物去除模型，以目标有机物去除率为响应值y1，y2……yn，以h2o2投加量a、uv剂量b以及目标有机物初始浓度c1，c2……cn为自变量，应用design-expert软件对实验数据进行多元回归拟合，建立回归方程：
y1＝k1,1+k1,2a+k1,3b+k1,4c1+k1,5ab+k1,6ac1+k1,7bc1+k1,8a2+k1,9b2+k1,10c12(式1)
yn＝kn,1+kn,2a+kn,3b+kn,4cn+kn,5ab+kn,6acn+kn,7bcn+kn,8a2+kn,9b2+kn,10cn2(式2)
其中，k1,1……k1,10，kn,1……kn,10均为常数；
(5)所述回归方程应采用响应曲面二次模型的anova进行方差和相关性分析，分析回归模型的拟合系数和修正拟合系数；若模型有效则可用于工艺参数优化，模型无效则重复实验；
(6)所述工艺参数确定方法：采用designexpert软件，增加uv灯耗电成本m1和h2o2药剂成本m2为修正因子，以最难去除有机物的去除率yx为目标值，其他目标有机物去除率设定为模型区间内，通过optimization优化设计去除多种目标有机物的工艺参数；对应的h2o2投加量a和uv剂量b总成本最小值即为最佳参数，f(a，b)＝min(m1a+m2b)；并考察满意度值衡量其与预期目标值的关系，按照模型求出的最佳工艺参数进行实验和模型验证。
图1所示为本发明中试装置的结构示意图。
所述uv/h2o2高级氧化中试装置，处理能力5m3/h，以实际工程待处理水为原水。
所述uv/h2o2高级氧化中试装置包括依次连接的水泵1、电磁流量计2、管道混合器3和紫外线反应器4，所述电磁流量计2和管道混合器3之间设有多个投加点5，在紫外线反应器4设有多个取样点6。
所述紫外线反应器4包括紫外光强探头7和紫外灯管8，所述紫外光强探头7和紫外灯管8设置在套管9内；所述的紫外灯管8为低压灯，配备紫外光强度检测器，可通过控制面板调节紫外灯的工作功率，调整所需uv剂量。
本发明实施例：
本发明以土臭素(gsm)和二甲基异崁醇(2-mib)两种目标有机物为例，采用响应曲面法优化uv/h2o2高级氧化工艺对其去除的经济有效的工艺参数。
(1)对h2o2浓度、uv剂量以及gsm和2-mib初始浓度三因素及其水平进行设计(表1)。利用designexpert软件，采用box-behnken设计方案，设计rsm混标实验。
表1gsm和2-mib响应面分析因素及水平
对h2o2浓度、uv剂量、gsm或2-mib初始浓度作如下变换：
a，b，c＝(xi-xi0)/s(式3)
式中，a，b，c为各自变量编码值，xi为各自变量真实值，xi0为中心点处各自变量的真实值，s为自变量的变化步长。
(2)采用uv/h2o2高级氧化中试装置，处理规模为5m3/h，以某水厂过滤出水为原水，投加gsm和2-mib混标，按照设计的rsm混标实验开展17组试验，实验结果如表2和3所示。
表2gsm的响应曲面法设计与实验结果
表32-mib的响应曲面法设计与实验结果
注：绝对误差＝真实值-预测值；相对误差＝绝对误差/真实值。
(3)以gsm和2-mib去除率为响应值(y1，y2)，以h2o2投加量(a)、uv剂量(b)以及目标有机物初始浓度(c1，c2……cn)为自变量，应用design-expert软件对实验数据进行多元回归拟合，建立回归方程：
y1＝86.68+19.25a+6.17b-5.78c1-2.75ab+7.25ac1+5.10bc1
-8.69a2-3.24b2-241c2(式4)
y2＝95.36+17.00a+9.77b-9.98c2+1.04ab+10.95ac2+5.00bc2
-11.48a2-17.83b2-2.93c22(式5)
实测值与预测值误差在±2.0％以内，表明回归模型拟合程度较高。
(4)采用响应曲面二次模型的anova，对y1和y2回归方程进行方差和相关性分析，y1和y2模型的p≤0.0001，表明模型在统计学上有意义的，高度显著；回归模型的拟合系数和修正拟合系数均>0.95，进一步说明模型拟合优度较好。
(5)采用designexpert软件，增加uv灯耗电成本和h2o2药剂成本为修正因子，以最难去除有机物2-mib的去除率90％为目标值，gsm去除率设定为模型区间内，通过optimization优化设计去除gsm和2-mib的最佳工艺参数(表4)，f(a，b)＝min(0.0109a+0.00016b)，h2o2(27.5％，溶液)价格以3000元/t计，工业用电以0.8元/kwh计；其满意度值为1，按照模型求出的最佳工艺参数进行实验和模型验证，实验实测值和模型预测值的相对误差在±2％以内；说明该模型是合适有效的。
表42-mib去除的最佳工艺参数
本发明简化了实际工程应用过程频繁调整工艺参数，模型建立后可与uv/h2o2高级氧化反应器自控系统的联动，实现工艺参数的自动调节，在保障目标有机物去除率的同时有效降低了成本，对于实际工程的运行具有十分重要的指导意义。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。