试验设计与数据处理课程论文

课

程

论

文

课程名称试验设计与数据处理

专业2012级网络工程

学生姓名孙贵凡

学号201210420136

指导教师潘声旺职称副教授

成绩

科学研究与数据处理

学院信息科学与技术学院专业网络工程姓名孙贵凡学号：201210420136

摘要：《实验设计与数据处理》这门课程列举典型实例介绍了一些常用的实验设计及实验数据处理方法在科学研究和工业生产中的实际应用，重点介绍了多因素优化实验设计——正交设计、回归分析方法以对目标函数进行模型化处理。其适于工艺、工程类本科生使用，尤其适用于化学化工、矿物加工、医学和环境学等学科的本科生使用。其对行实验设计可提供很大的帮助，也可供广大分析化学工作者应用。关键字：优化实验设计; 标函数进行模型化处理; 正交设计; 回归分析方法

1 引言

实验是一切自然科学的基础,科学界中大多数公式定理是由试验反复验证而推导出来的。只有经得起试验验证的定理规律才具有普遍实用性。而科学的试验设计是利用自己已有的专业学科知识，以大量的实践经验为基础而得出的既能减少试验次数，又能缩短试验周期，从而迅速找到优化方案的一种科学计算方法，就必然涉及到数据处理，也只有对试验得出的数据做出科学合理的选择，才能使实验结果更具说服力。实验设计与数据处理在水处理中发挥着不可估量的作用，通过科学合理的实验设计过程加上严谨规范的数据处理方法，可以使水处理原理，内在规律性被很好的发现，从而更好的应用于生产实践。

2 材料与方法

2.1 供试材料

1. 论文所围绕的目标和假设

研究的目标就是实验的目的，我们设计了这个实验是想来做什么以及想得到什么样的结论。要正确的识别问题和陈述问题，这些需要专业知识和大量的阅读文献综述等方法来获得我们所要提出的问题。需要对某一个具体的问题，并且对这个具体的问题提出假设。如水处理中混凝剂的最佳投加量，混凝剂的最佳投加量有一个适宜的PH值范围。

纳米TiO2光催化-SBR工艺处理印染废水的研究，这篇文章的目标就是采用偶联剂法将纳米TiO2附于聚丙烯多面小球上制备出小球填料，运用自行设计的“TiO2光催化-SBR”联合工艺对实际印染废水进行处理，假设：1、在正交实验中光源强度和反应时间两个因素都选取了由单因素实验确定的最佳水平进行实验操作。光源强度为4*30W，光照时间为120min。2、进水水质稳定，SBR 系统的水利负荷较低，短周期运行，则微生物数量和性能、溶解氧都相对恒定。3、纳米TiO2光催化小球膜层相对均匀，不易脱落。4、两者其他条件相同，光催化实验设计只考虑催化剂添加量、pH值、溶解氧浓度三个因素；SBR工艺的实验设计只考虑暴气时间和沉淀时间对实验结果的影响。

混合电子供体对好氧非光合微生物菌群固碳效率影响的析因实验分析，这篇文章研究的目标是通过混合电子供体析因实验，定量描述Na2S、NaNO2、Na2S2O33种无机物的用量和比例与非光合微生物固碳量之间的关系及3种电子供体之间的两两交互作用。这个实验的假设，实验室前期研究表明，Na2S、NaNO2、Na2S2O3 3 种无机物均可促进非光合固碳微生物菌群的固碳效率，但绝对固碳效率仍较低。由于混合菌群中不同微生物种对不同的电子供体的响应可能不同，混合电子供体可能是一种理想的选择，这就是本实验的假设。因此，本实验设计混合电子供体析因实验，通过构建模型定量描述电子供体浓度与微生物固碳量之间的关系，并分析几种电子供体间的交互作用及对微生物群落结构的影响。以期为明确电子供体对微生物固碳效率的影响，构建合适的混合电子供体浓度与比例，提升微生物的固碳效率提供指导。得出的主要结论是，电子供体析因实验的模型具有较好的拟合度，能对混合电子供体的固碳效率进行较好地预测。电子供体交互作用分析结果表明，NaNO2与Na2S对菌群固碳能力有互相抑制的作用，Na2S与Na2S2O3则起到相互促进的作用。NaNO2单独作用时，对微生物的固碳有较大的促进作用，而Na2S2O3的加入则产生了一定的抑制效应。

化学除磷药剂中三价铁铝对生物系统活性污泥活性影响的研究，这篇文章重点研究了Fe3+、Al3+的投加对活性污泥呼吸速率的影响，并对我国南、北方两座典型污水处理厂活性污泥呼吸速率的影响情况进行对比分析，其结果对指导污水处理厂辅助化学除磷过程中的药剂投加量具有现实的指导意义。文中没有假设，只是通过实验来得出了结论。

对氯化给水和污水中产生亚硝基二甲胺的前体的研究，这篇文章中的主题就是对NDMA的前体的测定。在给水和废水氯化处理过程产生的一种定量的NDMA,测定NDMA有机前体的方法是把高剂量的单氯胺加到PH缓冲溶液中进行十天的接触时间，在这段时间内单氯胺以一种与试样浓度无关的速率衰减。通过对给水和城市污水试样的分析发现在广泛的条件下这个测定NDMA的方法健壮性和重复性较好。对于二甲胺中的GC/CI/MS/MS的分析方法也被描述和应用，并用于证明在给水和排水中并非由二甲胺的浓度单独导致了N的产生。

2.2 主要试剂与仪器

实验设计是关于如何利用统计学基本知识对实验进行有效率和科学地设计和数据汇报的科学，直

接影响实验结果的准确性、可靠性，严密性和代表性，是实验数据的前提，决定科学研究的成败。一篇论文的题目就很大程度说明实验要做的内容。

2.3 测定项目与方法

2.3.1 实验设计基本原则

（1）随机化原则：以随机顺序开展实验，是使用统计方法的基石，可以保证观测值(或误差)是独立分布的随机变量，抵消潜在因素效应保证非处理因素均衡一致。

（2）重复的原则：每个因子水平组合的独立重复，可以使样本均值更接近真值，能够反映实验间与实验内的变异。

（3）区组化原则：用以处理讨厌因素，区组化解决可控因子。

2.3.2 实验设计和实验过程包括：

a 各种测定的因素：是单因素还是多因素实验？实验的取值即水平，测定所需要的仪器和测定方式。

b 样品的采集方式。

c 实验重复次数：应该做适当的重复实验，以减少实验偶然误差带来的影响。

d 实验的材料和设备：通常有图示，判断实验程序是否可靠，帮助他人重现实验。

e 质量控制：空白的选取和对照的选取等，这样可以减小实验仪器或者操作所带来的误差。

在徐高田[1]等的纳米TiO2光催化-SBR工艺处理印染废水的研究中，实验分为两个部分的设计，一个是光催化实验设计，另一个是SBR工艺的实验设计。在光催化实验设计中由于光催化的影响因素较多，文中依据前期进行的单因素实验的结果，最终选取了催化剂添加量、pH值、溶解氧浓度3个因素为正交实验的因素，故本实验采用正交法L9(34)进行实验设计，以确定印染废水光催化预处理工艺的最佳工艺条件。此实验用到了正交实验设计，所谓正交实验设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。该实验中选取了3个主要因素，3个水平，那么就应该是L9(33)共27种组合，选取其中的9个实验点，文献中的正交表符合正交表的基本性质。因此具有代表性，实验是比较可靠的。

SBR工艺的实验设计中，影响SBR 工艺处理效果的因素较多，主要是进水时间、曝气方式、污泥沉降性能的控制、运行周等。就本实验而言，由于进水水质较恒定，且废水经过光催化预处理，则SBR系统的水力负荷较低；而采用短周期运行，则微生物数量和性能、溶解氧都相对恒定。因此，本研究仅简单讨论SBR工艺的曝气时间和沉淀时间对实验结果的影响。

武满满[2]等的混合电子供体对好氧非光合微生物菌群固碳效率影响的析因实验分析中用到了析因