前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇表面化學處理方法范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

表面化學處理方法范文第1篇

礦產資源開發利用中,礦物分離與富集的依據是有用礦物與脈石礦物之間的物理化學性質差異。這種物理化學性質指的是礦物比重、磁性、電性、表面化學性質等,與這些性質對應的礦物分離與富集方法分別是重力選礦、磁電選礦、浮選等。利用重力選礦和磁電選礦分離與富集礦物的方法受到礦物比重、磁性和電性難以改變的限制,應用范圍相對較窄,而礦物表面性質可以通過人為改變,對應的浮選在礦物加工工程得到廣泛的應用。可以說,所有的礦物都可以通過浮選方法進行分離與富集。正是由于浮選成為礦物分離與富集應用最為廣泛的方法,而浮選的理論基礎又是化學,所以化學是礦物加工工程學科的重要基礎成為公認的事實,浮選作為礦物加工的主要方法,本身就是化學在礦物加工工程學科中的一種應用,因此,化學教育在礦物加工工程學科的基礎理論教育中占有非常重要的地位。礦物和巖石是自然界中天然形成的,具有固定組成的固體化合物,由于成分不同、成礦條件不同,不同的礦物表面性質是不同的,即使相同組成的礦物,由于成礦地點和成礦條件不同也會具有不同的表面性質。對于浮選分離礦物而言,不同的礦物表面性質又有相似之處,礦物與巖石之間、礦物與礦物之間、巖石與巖石之間的表面性質異同,成為浮選分離與富集這些礦物的根本依據。浮選工程中,礦物與巖石的表面性質可以根據需要人為調節和改變,從而擴大需要分離的礦物之間的表面性質差異,實現礦物之間的有效分離。化學是學生需要學習的基礎課程,從初中開始,就涉及到化學的學習,直到博士研究生,化學仍然是礦物加工工程學科學生需要繼續學習的課程。甚至作為高層次的礦物加工工程學科的教授專家,仍在不間斷的學習化學。化學與浮選是不可分的,可以說,無論多么深厚的化學知識,都不能說對于浮選已經足夠了。化學有多深奧,浮選就有多深奧。礦物加工工程學科人才培養過程中,化學教育是根本之一,不同層次的人才對應不同程度的化學教育。只有重視化學教育,才能做好礦物加工學科的人才培養。

1浮選是化學在礦物加工工程中的應用

無機化學研究元素、單質和無機化合物的來源、制備、結構、性質、變化和應用的一門化學,是化學中最古老的化學分支學科。浮選的對象為礦物巖石,本身就是無機物,礦物的表面性質決定于礦物本身的結構和性質,礦物表面性質的研究離不開礦物內部組成、結構及性質的研究。礦物與巖石的研究將涉及無機化學的所有領域與內容,無機化學成為礦物加工工程學科學生的必修課程。有機化學又稱為碳化合物的化學,是研究有機化合物的結構、性質、制備的學科,是化學中極重要的一個分支。含碳化合物被稱為有機化合物是因為以往的化學家們認為含碳物質一定要由生物(有機體)才能制造;然而在1828年的時候,德國化學家弗里德里希•維勒,在實驗室中成功合成尿素(一種生物分子),自此以后有機化學便脫離傳統所定義的范圍,擴大為含碳物質的化學。礦物浮選是通過改變礦物表面的疏水性來實現的,而增加礦物表面疏水性的方法是采用含烴基的異極性分子在礦物表面吸附,含烴基的異極性分子就是典型的有機物質分子,研究捕收劑、起泡劑等浮選藥劑,將涉及廣泛的有機化學。有機化學也是礦物加工工程學科學生的必修課程。物理化學的內容大致可以概括為三個方面:化學體系的宏觀平衡性質,以熱力學的三個基本定律為理論基礎,研究宏觀化學體系在氣態、液態、固態、溶解態以及高分散狀態的平衡物理化學性質及其規律性。屬于這方面的物理化學分支學科有化學熱力學。溶液、膠體和表面化學。化學體系的微觀結構和性質以量子理論為理論基礎,研究原子和分子的結構,物體的體相中原子和分子的空間結構、表面相的結構,以及結構與物性的規律性。屬于這方面的物理化學分支學科有結構化學和量子化學。化學體系的動態性質研究由于化學或物理因素的擾動而引起體系中發生的化學變化過程的速率和變化機理。屬于這方面的物理化學分支學科有化學動力學、催化、光化學和電化學。物理化學是一門內容豐富,外延廣闊的化學,浮選涉及的礦物巖石、礦漿溶液、有機分子以及泡沫浮選氣體介質與礦物之間的相互作用等等,都涉及到物理化學。物理化學在礦物加工工程本科課程設置,占有最多的學時數,分兩學期學習,是礦物加工工程學科至關重要的一門化學課程。物理化學學習好壞直接關系到浮選學習。物理化學也是礦物加工工程學科研究生入學考試的必考課程。分析化學的內容主要是:物質中元素、基團的定性分析;每種成分的數量或物質純度的定量分析;物質中原子彼此聯結而成分子和在空間排列的結構和立體分析。研究對象從單質到復雜的混合物和大分子化合物,從無機物到有機物,從低分子量到高分子量。樣品可以是氣態、液態和固態。稱樣重量可由100克以上以至毫克以下。1931年E.威森伯格提出的殘渣測定,只取10微克樣品,便屬于超微量分析。所用儀器從試管直到附自動化設備并用電子計算機程序控制、記錄和儲存等的高級儀器。分析化學以化學基本理論和實驗技術為基礎,并吸收物理、生物、統計、電子計算機、自動化等方面的知識以充實本身的內容,從而解決科學、技術所提出的各種分析問題。礦物加工工程學科涉及的礦物巖石、溶液、有機和無機藥劑、礦物加工原料及產品都需要通過分析檢測得以定性或定量的描述,理論研究過程中的儀器分析檢測,對礦物加工過程中的行為機理也才能進行研究和了解,所以礦物加工也與分析化學密切相關。礦物加工工程學科課程設置中,在本科階段或者在研究生階段需要對分析化學進行系統學習。結構化學、高分子化學、絡合物化學、電化學、量子化學等是比以上四大化學更加細化的化學分支方向,在進行礦物浮選研究中,針對具體的研究內容和目的,不同程度地將涉及到這些更加深入和細化的內容。為了使化學與礦物加工工程學科結合的更加緊密,在研究生階段還開設了浮選表面化學、浮選藥劑化學、浮選電化學、浮選溶液化學等。盡管在礦物加工工程學科不同階段開設了大量的化學課程，涉及的化學內容幾乎涵蓋了化學領域的所有內容，但對浮選的深入研究和理解仍然不夠。礦物浮選發展至今，還有大量的浮選理論問題沒有解決，浮選工藝的水平還有待提升，進一步強化化學教育和礦物浮選化學研究對礦物浮選的發展具有重要的基礎作用。

2各層次人才培養中的化學教育

以技術工人為培養目標的中專和職業教育,由于生源大多是初中和高中畢業生,化學知識非常有限,僅對一些化學基礎知識有所了解,特別是初中文化水平的學生,只能了解一些初步的化學現象,因此,在進行礦物加工專業知識教學的過程中,必須補充一些學習浮選技術必要的化學知識。這種化學知識的補充,可以貫穿在專業知識的學習過程中,也可以單獨開設簡單的化學課程。只有在學生初步了解和掌握了浮選技術必備的基本化學知識以后,浮選技術專業課程的教學才能有效開展,學生也才能真正理解礦物浮選的技術知識。對于以生產技術管理和技術應為目標的專科和本科教育,系統的課程設置已經考慮了化學對礦物加工工程的重要性,無機化學、有機化學、物理化學都是必修課程,學時數占到專業基礎課程學時數很大的比例,經過系統的化學知識的學習,學生在學習浮選專業課程時,已經能夠較深入理解礦物浮選中的化學問題,也能較好掌握浮選理論和浮選工藝專業知識。在生產技術管理和技術應用過程中,也基本能根據礦石性質的變化,應用所學到的化學知識和浮選理論,分析解決生產過程中出現的一般性的技術問題。以科學研究為目標的研究生教育,為了使學生能夠從生產中發現和解決生產技術問題,具備獨立從事礦物加工工程領域科學研究的能力,在大學期間學習無機化學、有機化學、物理化學的基礎上,還需要進一步學習分析化學。通過分析化學的學習,可以讓研究生掌握常規的分析檢測技術,了解和掌握科學研究過程中所要使用的現代檢測手段,發現、分析和研究試驗過程中獲得的數據、結果,從而解決科學技術問題。對于博士研究生,是要讓他們更深層次理解礦物浮選的機理,培養其創新精神和意識,為此,從電子、原子、分子層面上理解礦物浮選理論是必要的,所以,在已經較好掌握了無機化學、有機化學、物理化學、分析化學的基礎上,量子化學的學習和了解對于博士研究生來說是需要的。從以上的分析可知,浮選跟化學是不可分的,浮選實際上就是應用化學的一部分。無論是技術操作工人,還是從而浮選理論研究的博士研究生,不同程度都必須將化學作為基礎,沒有相應的化學基礎,從事浮選技術應用、技術開發及浮選理論研究都是難以想象的。化學是浮選的基礎,浮選是礦物加工工程最重要的方法,因而礦物加工工程學科的化學教育是極端重要的。

3重視礦物加工工程學科的化學教育

礦產資源是不可再生的,隨著礦產資源的不斷開發利用,資源枯竭已經成為制約社會和經濟發展的重要問題之一,資源高效利用成為礦產資源開發與利用必須堅持的原則。如何實現資源的高效利用,顯然礦物加工先進技術的開發與利用是實現資源高效的重要支撐。礦物加工工程中,浮選是最為主要的方法,而化學優勢浮選的基礎,通過浮選回收和利用礦產資源,實際上就是利用化學或者表面化學方法回收和利用礦產資源。重視礦物加工工程學科的化學教育問題,才可能從根本上提高人才質量,才能從源頭上解決礦產資源高效利用的根本問題。礦產資源開采出來以后,多種資源共伴生,性質復雜,給資源中各種礦物的分離與富集帶來了很多困難,為了實現資源的綜合利用,只要有價值的礦物,都要進行回收,此時,這種礦物的物理化學性質研究,通過化學的方式改變各種礦物的性質,擴大彼此間性質的差異就成為礦物加工工程學科的重要課題,而所使用的方法基本上都是化學的方法,所以,礦物加工工程學科中的化學,決定著礦產資源的綜合利用,也只有重視礦物加工工程學科的化學教育問題,才可能從根本上提高人才質量,才能從源頭上解決礦產資源綜合利用的根本問題。礦產資源天然形成的,其中的組分有的是對人類社會有益的,但同樣存在對人類社會有害的組分,在礦產資源回收利用過程中,高效、綜合回收有益組分的同時,處理好有害成分也是礦物加工工程學科的任務。只有解決了有害組分的處理,使得礦物加工過程中和礦物加工以后剩下來無用組分無害于人類和社會,礦產資源才能實現清潔利用。礦產資源中有害組分的處理,首先也必須掌握這些組分的性質,然后通過化學的、物理的方法對其進行分離、無害化處理等,而這些過程也與化學密切相關,所以,礦產資源的清潔利用也離不開化學。礦物加工工程學科的化學教育也是礦產資源清潔利用所要求的。礦物加工過程大都需要將礦石磨細,使礦石中的有用礦物與脈石礦物解離,而有用礦物與脈石礦物的分離大多是在水中進行的,礦物加工工程廢水排放成為影響環境的重要問題。當今的礦物加工工程領域,要求選礦廢水零排放,確保廢水對環境不造成影響。廢水零排放意味著廢水必須回用,而廢水回用將帶來對選礦技術指標產生影響的問題,為了盡可能不是回水影響選礦技術指標,必須對回水進行性質研究,有的還要進行適當的化學處理,無論是回水性質的研究和回水的化學處理,都需要涉及化學知識,所以,礦物加工過程中廢水對環境的影響、廢水回用的處理等都直接與化學相關。礦物加工的環境問題也要求礦物加工工程學科重視化學教育。礦物加工過程中,做好了資源高效、綜合、清潔利用,做好了廢水的循環利用和實現了廢水的零排放,就能實現礦產資源開發利用的可持續發展,而礦產資源高效、綜合、清潔利用與廢水處理均與化學密切相關,由此看出化學在礦物加工工程領域的重要性,重視化學教育是礦物加工工程學科的必然要求。

表面化學處理方法范文第2篇

關鍵詞：藝工結合 金屬著色 化學實驗 理性思維 表現力 創造力

檢 索：.cn

一、課程簡述

在北京服裝學院珠寶首飾專業首飾設計與制作的教學實踐中，筆者作為藝術類的任課教師，邀請本校材料科學與工程學院的工科類的教師一起承當首飾設計與制作的實驗教學工作，應該說，這種藝工結合的教學實踐在國內還是不多見的，原因在于，其一：目前我國藝術類高校中，所設置的專業基本為純藝術類或藝術設計類；其二：長期以來所形成的“封閉式”的教學模式降低了“交叉教學”的可能性；其三：不同專業背景的學生面對同一課程，可能會產生截然不同的反應和作用力，從而造成教學結果的不可控性。

不過，近年來，隨著跨界、交叉與互動等等教學理念的甚囂塵上，不少高校在實際的教學實踐中，逐步摒棄門戶之見，倒也或多或少地實現了多部門、多學科、多專業之間的互通有無以及交叉教學。正是在這種大勢之下，筆者組織了一次為期四周的、藝工結合的教學實踐，在此次教學實踐中，分別由藝術類和工科類教師承當教學講解和指導，學生共60名，其組成如下：40名首飾設計專業的學生以及20名其他專業的學生。這20名其他專業的學生包括應用化學專業、輕化專業、服裝工程專業、高分子專業，以及皮革專業的學生，其構成較為復雜，但均為工科類學生。課程中，60名學生分為10個組，每組6人，分別由4位藝術類學生和2位工科類學生組成。本次課程以首飾常用金屬表面的化學處理工藝的試驗為實踐內容，探索對純金、白金、K金、純銀、標準銀、鈦金屬、銅材、新型高分子、水玻璃等首飾常用金屬材料進行表面化學處理。目的在于教學實踐中，用化學實驗來開創金屬表面處理的新工藝，并用這些新工藝來設計和制作具有創造性的現代首飾作品。

二、金屬著色化學實驗階段

本次實驗教學主要分為兩個階段進行，第一階段以金屬著色化學實驗為主、教師的講授為輔；第二階段為具體的首飾作品的設計制作階段。在第一階段中，兩名來自于不同專業的教師分別給學生上課，講授金屬表面著色化學實驗方法、金屬著色處理的相關工藝流程，以及如何運用相關工藝來設計制作首飾作品。課堂分成10個小組，每組6人，每個小組都有藝工專業的學生。各小組可根據自身的興趣點來選擇不同的試驗對象和手段，充分發揮團隊合作精神，共同實驗，獲取實驗數據和圖片資料。教師亦參與到小組的實驗中去，進行具體輔導。這個階段主要解決的問題在于實驗數據和金屬表面處理效果的對應，使試驗結果經得起反復操作的檢驗，從而形成操作規范。

不可否認的是，在這個階段中，起主導作用的是工科類的學生，由于具有一定的化學實驗知識，他們懂得如何正確使用相關的化學實驗儀器、器具，并且完全可以按照正確的操作規范來進行一系列的化學實驗，從而獲得規范的實驗結果。

實驗之初，學生通過前期的資料收集工作，準備了大量的化學試劑，并確立了實驗目標。應該說，這個過程中，藝術類的學生也是功不可沒，他們從藝術表現這個方面，積極提供首飾用金屬材料的表面著色的色系，并在短時間之內，通過網絡、雜志、書籍等媒介，掌握了一定的金屬著色的理論知識，為接下來的金屬著色化學實驗打下了良好的基礎。

實驗中，學生嘗試了現代首飾常用金屬如：白銀、黃銅、紫銅、鈦金等金屬的著色實驗，使用硫化鉀、硫化鈉、硝酸銅、硝酸鐵、高錳酸鉀、硫酸亞鐵、氯化鈉、氯化銨、硫代硫酸鈉等等化學試劑，甚至受到藝術類學生創造性思維的影響，動用一些純天然的、或者在日常生活中司空見慣的物質來進行著色實驗，如：香椿樹汁、臭雞蛋、可樂飲料等等。這些實驗有成功的，也有失敗的，無論成敗，都有數據和實驗過程的記錄，可為進一步的實驗探索做好鋪墊。

三、藝工結合的設計制作階段

有了先期成功的實驗結果作為依據，學生已經掌握了一定量的金屬著色工藝技能，首飾常用金屬的著色工藝已見雛形。應該說，此時，對于大多數學生來講，金屬著色實驗的結果還是比較新鮮的，大家從未想過，金屬還能以如此五彩繽紛的面貌展現在世人面前，所以，大家的創作沖動空前旺盛，設計思維相當活躍，冒出了許多有意思的想法。

毋庸置疑的是，這個階段藝術類學生已然占據了主導地位。憑借多年培養起來的藝術素質、首飾設計行業眼光以及較為扎實的藝術造型能力，藝術類的學生不出意外地承擔了大部分的設計和制作任務，在作品制作階段，首飾設計專業的學生由于接受過首飾制作工藝的專業訓練，他們較為清楚作品的制作流程以及工藝的可操作性，知道設計稿在多大的程度上能夠轉化為現實的成品。盡管還有些磕磕碰碰，但首飾專業的學生能夠在這個階段取得主導地位，也是不足為奇的。

然而，工科類的學生在作品設計之初并沒有袖手旁觀，由于每一個小組都由藝術類和工科類的學生組成，每一個小組只需設計一套某主題的系列首飾作品，所以，小組的成員都要對系列作品的設計稿出謀劃策，有權利提出自己對設計主題的理解，并對作品的造型提出自己的看法。工科類學生雖然缺乏專業的造型訓練，也沒有多少首飾行業知識，但正因為此，他們提出的許多想法對于首飾專業的學生來說，卻是全新的、帶有啟發性的。即便是在作品的造型方面，工科類學生畫出的設計草圖往往非同尋常，有的設計圖甚至讓人耳目一新，只不過，他們的設計圖帶有很強的主觀臆斷性，因為不懂得首飾制作工藝，所以，他們許多的設計圖都是難以實現或者無法實現的。此處可見首飾設計相關專業規律的重要性，換言之，首飾制作工藝是首飾設計的根本保證，沒有具體的加工工藝作為支持，再好的設計圖也只不過是一張裝飾畫而已。

四、藝工結合教學的啟發

實際上，在藝術設計界，所謂“跨界”的例子并不鮮見，我們經常會聽到一些趣事，比如：某某電影導演一直從事繪畫藝術，其繪畫造詣還挺高；某著名建筑師也曾參與服裝設計等等。在首飾設計界，這樣的例子也不少，有雕塑家、畫家、電影演員從事首飾設計的，也有會計師、律師從事首飾設計的。這些例子，說明行業之間的“藩籬”并非牢不可破，相反，由“跨界”而引發的設計反而更有新意，更能引起人們的興趣。故而，所謂“藝工結合”的設計教學實際上是完全有必要的，也是開發創新型設計人才、拓展設計視野的一大途經。

此次的藝工結合教學，不僅對任課教師是一次挑戰和機遇，最主要的，是解放了學生的設計思維，使學生能夠認識到，無論是理性還是感性的思維模式，對于首飾設計都是不可或缺的創作源泉，理性與感性，只不過設計思維的互補。

可以說，這次教學實踐帶來的啟發如下：

（一）嚴謹的實驗帶來藝術表現力的拓展

我們知道，在傳統的首飾設計中，或者一部分現代的首飾作品中，使用金屬的固有色來制作首飾是十分普遍的做法，這種做法源于貴金屬的價值符號的限制，以及加工技術條件的限制。而隨著現代首飾設計對個性觀念表達的加強，金屬的固有色在藝術表現力方面顯得捉襟見肘，無法繼續滿足設計者和佩戴者的需要了。

藝工結合的設計教學，以金屬著色化學實驗作為先導，經過嚴謹的實驗，我們獲得了不少了實驗數據，最重要的，是實現了首飾常用金屬的可重復性著色，這種著色法獲得的顏色具有一定的色牢度，色譜較廣，色彩度較為鮮明，達到了首飾加工的要求，完全能夠滿足金屬首飾創作的需要，從而極大地拓展了首飾常用金屬的藝術表現力。而這些實驗的開展，如果僅僅依靠藝術類學生來操作，恐怕是難以達到既定目標的。

（二）首飾制作的程序化、系統化

一般來講，藝術類學生從首飾設計之初，到完成作品的制作，整個過程會相對松散，尤其是在設計階段，藝術類學生天馬行空的思維慣性往往左右了設計作品的整體面貌。進入到制作環節，這種感性的操作方式漸漸露出弊端，具體的體現就是制作程序的混亂、加工工藝選擇的隨意性。由此產生的結果就是不得不頻繁地修改原先的設計稿，強行使之適應當下的加工條件和制作程序，最終導致成品與設計稿發生偏離，最初的設計想法沒有得到充分體現。

然而，由于有了工科類的同學的參與，課程中的設計作品的制作顯得井然有序，從材料的選擇、模型的制作、加工進程的控制和調整等等方面，都呈現出有條不紊的特點，每一個設計小組都制定了嚴密的加工制作程序，并由此展開系列化的操作，這樣，最終的首飾作品雖然少了一些即興的東西，但卻為首飾作品的成本核算以及批量制作提供了可能。

（三）具有創造活力的理性思維

表面化學處理方法范文第3篇

關鍵詞：城市污水；下水道管渠；中小城鎮

中圖分類號： U664.9文獻標識碼： A

隨著未來我國中小城鎮經濟快速發展，污水的排放量也會迅速增長，這勢必加劇我國水環境的惡化程度。因此，中小城鎮污水處理也應該引起人們足夠的重視。由于，經濟發展水平、排水體制、基礎資料、融資渠道等有很大的差異，所以不可能也不應該把大城市的污水處理工藝、技術裝備等搬用到中、小城鎮中去。

1 我國城鎮污水處理的現狀

長期以來，我國城鎮污水處理面臨著污水處理技術落后、資金短缺、投資力度不夠、管理水平低等一系列問題，中小城鎮的污水處理設施急切需要進行改革。針對傳統污水處理方法中存在的問題，提出了污水處理技術的發展方向是高效率、低能耗。作為中小城鎮，高效率、低能耗的污水處理技術應具有以下特點：總投資省、運行費用低、抗沖擊負荷能力強、管理簡便、運行穩定、維修方便、占地省。

現階段我國已有簡易、高效、低能耗的污水處理技術如下：強化一級處理技術；城市污水生態工程處理技術；高負荷城市污水生物化學處理技術；厭氧及不完全厭氧處理技術；高負荷生物曝氣濾池。這些技術與中小城鎮目前的經濟和技術發展水平相比，依然存在投資大、占地大、技術水平要求高等問題。因此，研究開發基建投資省、效率高、能耗低、運行管理簡便的實用型污水處理技術就成為我國水污染防治的當務之急。

2國內外對下水道內處理污水技術的研究

2.1壓力式下水道處理污水技術的研究

將壓力管道作為處理系統使用的觀點源自為了防止管網和處理設施受腐蝕所進行的降低氣體生成量的試驗所取得的成果。英國的一項工程應用研究表明，夏季在長8km、直徑750mm的壓力管道內每天充入足量的空氣，在管道內停留2.5h后，成功地將43000的污水中BO降低了50％左右，在冬季，也能維持在30％以上。同時通過比較研究還發現，如果采用將處理廠的規模擴大的方式得到相同的出水水質，則需要將污水處理廠的規模擴大50％，而且擴大規模后每年僅消耗在曝氣系統上的運行費用就比采用直接對管道進行充氧的方式高出24倍[1]。

在美國的加利福亞某地，利用了壓力式管道作為生物處理設備，在污水進入壓力管道前，先經過活性污泥活化器處理，再將活化后的混合液送入壓力管道并充以高壓氧氣，管道出水經過浮選、砂濾后即可回用。該管道處理法與普通活性污泥法相比，造價可以節約近40％，運轉費大大降低[2]。

2.2利用重力式下水道處理污水技術的研究

Bjerre[3]等人在1995年通過調查發現：無論在有氧或無氧條件下，均會發生有機物質的生物轉化，這種轉化與水中的生物量、管壁生物膜和管中沉淀物有關，對易生物降解的有機物的去除、轉化是與溶解氧濃度密切相關的。

Raunkjaer[4]曾經利用污水中的BOD5的作為考察指標，在重力下水道內考察了污水中BOD5的變化，結果表明:在25℃，BOD5去除率達到30%一40%。

M.Green[5]等人在1985年采用SBR生物反應器模擬了DAN REGION的污水管道處理系統，系統形成了“分段進水推流式好氧污水處理裝置”。試驗結果表明，該系統能夠充分利用分段進水反應器和推流式反應器的優點，其COD去除率達到了79%～80.8%，BOD的去除率達到了85%～93%，最終出水BOD低于25mg/L。通過經濟分析可知，利用重力式管道系統處理污水的基建投資比普通活性污泥法要節省50%以上。

陳輔利[6]等人曾在排水明渠內放置特制載體增加溝渠中的微生物量，并以加快明渠污水反應速度的方式進行了試驗，還分別在試驗室和某天然河渠內對溝渠處理污水的工藝、效率、抗沖刷能力等進行了試驗，試驗結果表明：在1.5h內COD去除效率可以達到80%以上。

3下水道內生物膜的形成及狀態分析

3.1下水道內生物膜的形成

下水道管渠內壁生物膜的形成過程可以分為4個階段:有機物吸附；微生物粘附；微生物群集；生物膜擴散。當污水進入下水道管渠后，不同材料制成的污水管道與進入管渠的原污水接觸，水中的各種物質如蛋白質、細菌微生物、聚多糖等都可能通過疏水作用，發生表面化合反應等吸附到下水道管渠的內壁。在下水道管渠內流動的污水中富含各種各樣的微生物和有機質，受范德華力和靜電力的相互作用，在氫鍵、偶極矩、色散力等理化作用力的控制下，部分個體與下水道管渠內壁接觸，進而發生粘附。

當下水道管渠中的微生物和有機質與管渠內壁接觸并發生粘附的開始階段，下水道附生微生物斑塊狀散布在管渠內壁上。由于數量少，加上流動水體不斷的“運送”各種營養物質，微生物分裂增生速度快。當微生物的粘附速度超過微生物的降解速度時，粘附管壁生物量就不斷增加，形成的菌落或細胞群體連接成片，相對均勻地覆蓋存管道內壁，形成生物膜。

3.2下水道管渠內壁生物膜的狀態分析

下水道管渠內壁生物膜是一個復雜的微生物系統，主要表現在以下幾個方面：不同深度處的膜的密度是不一樣的，在生物膜生長期，膜的密度較大，到達臨界厚度后相對穩定在一個低值；下水道管渠內壁生物膜是相對固定的膜系統，通過激光掃描下水道生物膜的二維結構，發現下水道管渠內壁生物膜的種群密度和生物活性相對穩定；形成下水道管渠內壁生物膜的細菌微生物分泌細胞外聚合物的能力很強，下水道生物膜在生長初期生物量很小，隨著時間延長，生物量逐漸積累并維持在一個相對穩定的水平；當膜生長達到一定厚度后，由于下水道水流及較大的阻力等原因而阻止了基質、溶解氧向其縱深的擴散傳遞，當生物膜超過一定厚度后，其內部將出現厭氧區，在膜深處出現缺氧狀況，可能影響生物膜的活性。

結束語

對目前尚未建污水廠的中、小城鎮，可以在有限的資金投入情況下改善水環境污染狀況，并且有利于減小今后新建污水處理廠的規模。對于那些已建有污水處理廠的城鎮，則可用以緩解污水廠超負荷運轉的壓力。與傳統城鎮污水處理技術相比，該工藝無論是在經濟還是環境效益上均有較大的優勢。

參考文獻：

[1]A W kennil water pollution control Teehnology l965

[2]王彩霞主編,城市污水處理新技術[M].北京:中國建筑工業出版社,1990

[3] Elmaleh S,Delgado S,Alvarez M,et al.Forecasting of H2S build-upin a reclaimedwastewater pipe[J].Water Science & Technology,1998,38(10):241-247.

[4]Raunkjaer K,HvitVed-JacobsenT,Nielsen PH.Transformation of organic matter in a Gravity sewer.Wat.Env.&Res 1995:VoI.67 No.2.

表面化學處理方法范文第4篇

引言

在工農業生產和科學研究中，經常需要做大量試驗，以求達到預期的目的。例如在工農業生產中希望通過試驗達到高質、優產、低消耗，特別是在新產品試驗中，由于未知的因素很多，需要通過試驗來摸索工藝和條件，在這種情況下，試驗設計安排妥當與否，直接影響著研究進度與效果。試驗設計得好，會事半功倍;反之會事倍功半，甚至勞而無功。如何安排實驗能夠使實驗次數少且實驗效果好，就成了人們比較關心的問題。這里就涉及到試驗優化設計的問題。所謂試驗優化，是指在最優化思想的指導下進行最優設計的一種優化方法。它從不同的優良性出發，合理設計試驗方案，有效控制試驗干擾，科學處理試驗數據，全面進行優化分析，直接實現優化目標。試驗優化已成為現代化技術的一個重要方面，析因設計、正交設計、均勻設計及響應面設計是試驗優化設計中最常用的幾種方法。本文針對這4種優化方法的概念、應用及優缺點等方面進行對比性闡述。

1析因設計

1．1析因設計的定義和特點完全隨機、隨機區組、拉丁方設計資料的方差分析，均只能分析各因素水平間的差異有無顯著性［1］，在醫藥、食品研究中常用到實驗中涉及到的兩因素有交互作用，這時采用析因設計比較好。析因設計是一種多因素多水平的交叉分組進行全面試驗的設計方法。它不僅可檢驗每個因素各水平間的差異，研究2個或2個以上因素的主效應，而且可檢驗各因素間的交互作用，通過比較各種組合，可以找出最佳組合［2］。它是一種全面的高統計效率的設計，當因素數目和水平數都不太大，且效應與因素之間的關系比較復雜時，常常采用該種設計。例:在評價藥物療效時，除需知道A藥和B藥各劑量的療效外(主效應)，還需知道兩種藥同時使用的交互效應。析因設計及相應的方差分析能分析藥物的單獨效應、主效應和交互效應。

1．2析因設計表析因設計數據處理均采用方差分析，析因設計對各因素不同水平的全部組合進行試驗，故具有全面性和均衡性;析因設計可以提供三方面的重要信息:各因素不同水平的效應大小;各因素間的交互作用;通過比較各種組合，找出最佳組合。通過合理的設計表，對得到的數據進行方差分析，可以求出主效應和交互效應，一般分為:正交互效應(協同作用)———兩因素聯合(共同)作用大于其單獨作用之和;負交互作用(拮抗作用)———兩因素聯合作用小于其單獨作用之和。常用的析因設計表如表1～3所示。

1．3析因設計的優缺點析因設計的優點之一是可以用來分析全部主效應(即各個單因素的作用)和因素之間的各級交互作用的效應(即任何兩個因素之間的交互作用效應、任何三個因素之間的交互作用效應等)的大小［3］;但有時高階交互作用是很難解釋的，實際工作中常只考慮一、二階交互作用。析因設計與完全隨機設計是有區別的，完全隨機析因設計與完全隨機設計表面類似，但是其設計理念不同、方差分析方法不同。完全隨機設計為單因素設計，不能分析因素間交互作用，析因設計為多因素設計，可以分析交互作用。將析因設計的資料做完全隨機設計的方差分析，會掩蓋交互作用，得出錯誤的結論。析因設計比單處理因素設計能提供更多的實驗信息，效率高，從得到的信息來看，它節省了組數和例數，可用來分析全部因素的主效應，以及因素間各級的交互作用，在醫學上可以用于篩選最佳治療方案、藥物配方、實驗條件等研究。缺點是由于所需要的實驗次數很多(因該設計的原名也叫做“有重復實驗的全因子設計”)，故因素過多或因素的水平數過多時，所需要的實驗次數太多，研究者常無法承受。當考慮的因素增加時，試驗組數呈幾何倍數增加，所需試驗的次數很多，不但計算復雜，而且給眾多交互作用的解釋帶來困難(比如，4個因素各3個水平的處理數為34=81種)。因此，當因素與水平數都較多時，一般不采用完全交叉分組的析因設計，而采用正交設計。

2正交設計

2．1正交設計的原理正交試驗設計是試驗優化的一種常用技術。它是建立在概率論、數量統計和實踐經驗的基礎上，運用標準化正交表安排試驗方案，并對結果進行計算分析，從而快速找到最優試驗方案的一種設計方法［4］。正交試驗設計較之于析因設計的優點在于它大大減少了試驗次數，提高了工作效率。它的優點來自于它的特點，它是根據正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些點并不是隨便找的點，而是一些具備“均勻分散、齊整可比”的點。然后我們通過對代表性點的試驗進行結果分析，進而推廣到整體試驗，以實現工藝的優化。

2．2正交設計表如何保證正交試驗點的均勻分散性和齊整可比性就成了正交設計的關鍵，這就涉及到正交表的設計和選取。正交表是將正交試驗選擇的各種水平組合列成表格，然后在具體的設計時，參照表格安排試驗方案［5］。正交表是一整套規則的設計表格，用Ln(tq)表示，其中:L為正交表的代號;n為試驗的次數;t為水平數;q為列數，也就是可能安排最多的因素個數。例如L9(34)，它表示需作9次實驗，最多可觀察4個因素，每個因素均為3水平(見表4)。一個正交表中也可以各列的水平數不相等，我們稱它為混合型正交表，如L8(4×25)，此表的5列中，有1列為4水平，4列為2水平。正交表的出現使得試驗設計標準化了，從正交表中，我們可以確定出因素的主次效應順序，同時也可以運用方差分析對試驗數據進行分析，分析出各因素對指標的影響程度，從而找出優化條件或最優組合來安排試驗。

2．3正交設計的優缺點正交試驗設計由于其諸多優點而被廣泛應用于科研中。正交設計使用上按表格安排試驗，比較方便;其布點均衡，試驗次數減少;它能保證主要因素的各種可能都不會漏掉;它能提供一種分析結果(包括交互作用)的方法，結果直觀容易分析，且每個試驗水平都重復相同次數，可以消除部分試驗誤差的干擾;因其具有正交性，易于分析出各因素的主效應。但其也有一些缺點:它提供的數據分析方法所獲得的優選值，只能是試驗所用水平的某種組合，優選結果不會超越所取水平的范圍;另外，也不能給進一步的試驗提供明確的指向性，使試驗仍然帶很強的摸索性色彩，不很精確。這樣，正交試驗法用在初步篩選時顯得收斂速度緩慢，難于確定數據變化規律，增加試驗次數。尤其在試驗工作煩瑣、費用昂貴的情況更顯突出。

3均勻設計

3．1均勻設計的原理均勻設計［6］是統計試驗設計的方法之一，它的發明涉及數論、函數論、試驗設計、隨機優化、計算復雜性等領域，開創了一個新的研究方向，形成了中國人創立的學派，并獲得國際認可，已在國內外諸如航天、化工、制藥、材料、汽車等領域得到廣泛應用。均勻設計法是一種建立在正交設計上的試驗設計方法。均勻設計的數學原理是數論中的一致分布理論，此方法借鑒了“近似分析中的數論方法”這一領域的研究成果，將數論和多元統計相結合，是屬于偽蒙特卡羅方法的范疇［7］。與所有的試驗設計方法本質一樣，其本質是在試驗的范圍內給出挑選代表性點的方法。與正交設計不同的是，均勻設計只考慮試驗點在試驗范圍內均勻散布，挑選試驗代表點的出發點是“均勻分散”，而不考慮“整齊可比”，它可保證試驗點具有均勻分布的統計特性，可使每個因素的每個水平做一次且僅做一次試驗，任兩個因素的試驗點點在平面的格子點上，每行每列有且僅有一個試驗點。它著重在試驗范圍內考慮試驗點均勻散布以求通過最少的試驗來獲得最多的信息，因而其試驗次數比正交設計明顯的減少，使均勻設計特別適合于多因素多水平的試驗和系統模型完全未知的情況。例如，當試驗中有m個因素，每個因素有n個水平時，如果進行全面試驗，共有nm種組合，正交設計是從這些組合中挑選出n2個試驗，而均勻設計是利用數論中的一致分布理論選取n個點試驗。如某項試驗影響因素有5個，水平數為10個，則全面試驗次數為105次，即做十萬次試驗;正交設計是做102次，即做100次試驗;而均勻設計只做10次。很明顯，均勻設計比正交設計更簡便。

3．2均勻設計表和正交設計需要標準正交表一樣，均勻設計也需要其專業的標準表，我們稱之為均勻設計表［8］。每個均勻設計表有一個代號，其中U表示均勻設計，n表示水平數亦表示試驗次數，m表示該表最多可安排的因素數量。如U5(53)(見表5)。右上角加“*”的U表均勻性較好，應優先選用。均勻設計表的列是不平等的，每次試驗選取的列與試驗因素的數目密切相關。因此，每個均勻設計表都有一個使用表供參考(見表6)。而且適合相同因素的均勻設計表通常不止一個，可根據使用表挑選既滿足自己試驗因素要求的、均勻性好的，即偏差小的，同時又是試驗次數相對較少的均勻設計表［9］。

3．3均勻設計的優缺點均勻設計使得試驗次數大大減少，能夠自動將各試驗因素分為重要與次要，并將因素按重要性排序;同時過程數字化，可通過電腦對結果與因素條件進行界定與預報(如天氣預報)，進而控制各因素。但同時它也存在一些缺點。由于均勻設計是非正交設計，所以它不可能估計出方差分析模型中的主效應和交互效應，但是它可以估出回歸模型中因素的主效應和交互效應［10］。另外，值得注意的是，在具體的試驗設計中，不可以一味地只圖少的試驗次數。除非有很好的前期工作基礎和豐富的經驗，否則不要企圖通過做很少的試驗就可達到試驗目的，因為試驗結果的處理一般需要采用回歸分析方法完成，過少的試驗次數很可能導致無法建立有效的模型，也就不能對問題進行深入的分析和研究，最終使試驗和研究停留在表面化的水平上。一般情況下建議試驗的次數取因素數的3～5倍為好。

4響應面設計

4．1響應面設計原理響應面分析是一種優化工藝條件的有效、快速、精確的試驗方法，系通過中心組合試驗，采用多元線性回歸方法為函數估計的工具，將多因素試驗中的因素與水平的相互關系用多項式進行擬合，然后對函數的響應面等值線和用回歸方程的分析來尋求最優工藝參數，可精確地描述因素與響應值之間的關系［11］。響應面是指響應變量η與一組輸入變量(ζ1，ζ2，…，ζk)之間的函數關系式:η=f(ζ1，ζ2，…，ζk)。響應面顧名思義需要一個模型，在實際操作中，需要通過大量的試驗，獲得大量的試驗數據，然后通過多元線性回歸方法去建模。建立模型后以兩因素水平為X坐標和Y坐標，相應地由模型計算的響應值為Z坐標作出三維空間的曲面。如圖1、圖2所示。響應面法(RSM)主要有三種常用的試驗設計方案:Box-Behnken設計(BBD)、均勻外殼設計(UniformShellDesign，USD)和中心組合設計(CentralCompositeDesign，CCD)。前兩種較少使用，中心組合設計是響應曲面中最常用的二階設計。CCD設計是多因素5水平的實驗設計，是在二水平析因設計的基礎上加上極值點和中心點構成的［12］。

4．2CCD設計表CCD設計表由三部分組成:①2k或2k×1/2析因設計。②極值點。由于二水平的析因設計只能用作線性考察，需再加上第二部分極值點，才適合于非線性擬合。如果以坐標表示，極值點在坐標軸上的位置稱為軸點或星點，表示為(±α，0，…，0)，(0，±α，…，0)，…，(0，0，…，±α)星點的組數與因素數相同。③一定數量的中心點重復試驗。中心點的個數與CCD設計的特殊性質如正交或均一精密有關［13］。不同因素數CCD設計方案見表7。

4．3響應面設計優缺點相比于正交設計和均勻設計，響應面設計法得到的回歸方程精度高，能夠得到幾種因素間交互作用等優點，并且它不是一種點對點之間的優化方法，RSM能夠將優化過程延伸到面的程度，呈現三維立體效果。同時RSM能夠減少最佳條件下效應的預測值和實測值偏差，具有突出的優越性。當然響應面法也不能完全替代傳統的設計，它相對于因子分析，精度仍不夠，它要求自變量必須是連續的而且能被試驗者自由控制，如果先用CCD找到最優區，再使用因子分析在較小的范圍內應用效應面優化法則效果會更好。

4．4響應面的廣泛應用20世紀50年代，CCD最先應用于化學工業中，目的在于確定最優操作過程［14］。現在，CCD被頻繁地用來確定各種反應物的劑量，使得響應達到最優值或預期值。例如:用于優化各種培養基和有機合成中工藝優化。同時，CCD在其他領域中也發揮了重要的作用。在生物學方面，用于研究反應混合物中各化學反應成分所占比例與其生物學活性之間的關系，確定生物材料的最優試驗條件。在食品工業方面，用來確定食品中各成分作用以確定各種成分所占比例和確定最優反應條件。在工程學方面，用于結構優化、可靠性分析和車輛動力學等方面。響應面法還被廣泛應用到生態學和環境學等領域中。值得一提的是，在國外影響因子較高的SCI期刊中，響應面更是得到了廣泛的應用，具有更高的適用性［15-16］。