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浅谈实验设计与数据分析的应用摘要：本文主要为针对四篇论文做的一个评述性论文，主要围绕实验设计与数据分析这一主旨进行分析，针对论文的实验目标及假设、实验设计方法、实验数据汇报方法、实验结果分析方法等方面指出了作者在设计实验和进行数据分析时的合理与不足之处，并为今后在进行实验设计与数据分析时提供经验和借鉴。关键词：实验设计；数据分析；评述DiscussiononexperimentaldesignanddataanalysisapplicationsAbstract:Thisismainlyforacriticalreviewoffourpapers,mainlyaroundtheexperimentaldesignanddataanalysisofthissubjectforanalysis,theexperimentaltargetsforpaperandassumptions,experimentaldesign,theexperimentaldatareportingmethods,analyticalmethods,experimentalresultsthattheauthorinthedesignofexperimentsanddataanalysis,andshortcomingsoftherational,andforthefutureduringtheexperimentaldesignanddataanalysistoprovideexperienceandlearn.Keywords:experimentaldesign；analysisofexperimentaldata；acriticalreview1引言（Introduction）实验设计直接影响着实验结果的准确性、可靠性、严密性和代表性，是实验数据的前提，决定着科学研究的成败。在科学研究和工农业生产中．往往要通过实验来寻找所研究对象的变化规律．并通过对规律的研究达到各种实用的目的，比如提高产量、降低消耗等，特别是对新产品的实验，未知的东两很多，要通过大量的实验来摸索工艺条件和配方；另外，随着实验的进行，必然会得到大量的实验数据．要对数据进行分析处理才能找到其中的规律。在这个实践过程中，要想提高效率和降低成本，就必须科学合理的设计安排实验和用科学的手段分析处理实验数据，只有这样才能用较少的实验次数，在较短的时间内达到预期的目标：反之，不合理的实验设计往往会浪费大量的人力、物力和财力．甚至会劳而无功。因此如何科学合理的设计实验，对实验所获得的数据进行科学的分析和处理，以获得研究观测对象的变化规律，达到各种实用的目的是每个实验人员或技术人员需要解决的问题。2概述（Summary）本文有针对性的挑选了四篇学术论文，分别为：论文“Article1”——《化学除磷药剂中三价铁铝对生物系统污泥活性影响的研究》，论文“Article2”——《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》，论文“Article3”——《纳米TiO2光催化-SBR工艺处理印染废水的研究》，论文“Article4”——《AN-Nitrosodimethylamine(NDMA)precursoranalysisforchlorinationofwaterandwastewater》。在以下文章中分别简称A1，A2，A3，A4。A1主要介绍了以探究辅助化学除磷过程中以投加铁盐和铝盐为主的化学药剂的投加对生物处理系统产生潜在的影响。针对Fe3+、Al3+的投加对活性污泥呼吸速率(OUR)的影响展开研究,结果表明,对活性污泥呼吸速率的影响Al3+强于Fe3+,Al3+的投加对亚硝化细菌和异养菌的呼吸速率均存在抑制作用,对硝化细菌的抑制作用不明显。当Al3+的投加量达到10-3mol/L时,会对生化单元内微生物的活性产生较为明显的抑制作用。A2主要介绍了作者实验设计混合电子供体析因实验，通过构建模型定量描述主要研究的是Na2S、NaNO2、Na2S2O33种无机物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。通过混合电子供体析因实验，定量描述了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，并分析了3种电子供体之间的两两交互作用最后，通过16SrDNAV3区DGGE图谱分析，研究了不同混合电子供体对固碳微生物群落结构的影响结果表明，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，对微生物的固碳作用有较大的促进作用，而Na2S2O3的加入则产生了一定的抑制效应.DGGE图谱得到了不同电子供体组合对固碳微生物群落结构的影响，不同电子供体的加入导致预培养条件下优势菌的消失，并出现了新的优势菌，这些新的优势菌有的具有固碳优势，有的则会与固碳优势菌产生竞争.DGGE图谱可从分子水平上解释电子供体及其交互组合对微生物固碳效率的影响.A3主要介绍了作者验证偶联剂法制备附着纳米TiO2多面小球的实际可行性以及自行设计“TiO2光催化-SBR”联合工艺一体化装置的运行稳定性;同时,对该组合工艺的处理效果作初步的探讨,分析其技术可行性,探讨其最佳的运行工况。采用纳米TiO2光催化-SBR联合工艺对印染废水进行处理.实验所用装置为作者其自行设计的TiO2光催化-SBR装置,利用偶联剂法将纳米TiO2附着于聚丙烯多面小球表面作为催化剂.光催化降解阶段以催化剂使用量、pH值和溶解氧(DO)为因素进行正交实验,得出最佳处理工况为1000个催化剂填料、pH值为8.0、溶解氧浓度为4.0mg/L-1;在SBR处理阶段主要考察反应器曝气时间以及沉淀时间对处理效果的影响,其最佳曝气时间和沉淀时间分别为2.5h、1h.实验结果表明,最终出水的色度、CODCr和BOD5去除率分别为90%、85%和94%.A4主要介绍了一套量化废水和天然水加氯消毒过程中产生的NDMA有机前体浓度的流程。该方法包括10天接触期后应用高剂量的氯胺到pH缓冲样本中，接触期间氯胺的衰减速度与样品组成无关。对市政废水和地表水样品的分析表明，该方法可在许多不同条件下进行可靠和可重现的测量。文章也介绍了二甲胺的GC/CI/MS/MS敏感性分析过程，以用来证明不能单单用二甲胺来解释废水和天然水加氯消毒过程中产生的NDMA。3评论（Evaluation）3.1论文所围绕的目标与假设1)A1的目标与假设目标：探究化学除磷药剂中三价铁铝对生物系统污泥活性影响。零假设H0：化学除磷药剂中三价铁铝对生物系统污泥活性没有影响。备选假设H1：化学除磷药剂中三价铁铝对生物系统污泥活性有影响。2)A2的目标与假设目标：实验设计混合电子供体析因实验，通过构建模型定量描述主要研究的是Na2S、NaNO2、Na2S2O33种无机物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。零假设H0：好氧培养过程中电子供体的比例和用量对微生物固碳效率无影响，电子供体单独作用和交互作用的影响不显著。备选假设H1：好氧培养过程中电子供体的比例和用量对微生物固碳效率有影响，电子供体单独作用和交互作用的影响显著。3)A3的目标与假设目标：验证偶联剂法制备附着纳米TiO2多面小球的实际可行性以及自行设计“TiO2光催化-SBR”联合工艺一体化装置的运行稳定性;同时,对该组合工艺的处理效果作初步的探讨,分析其技术可行性,探讨其最佳的运行工况。零假设H0：TiO2光催化-SBR联合工艺一体化装置处理实际染料废水是不可行的。备选假设H1：TiO2光催化-SBR联合工艺一体化装置处理实际染料废水是可行的。4)A4的目标与假设目标：合成NDMA有两个关键的前体物：氯胺和有机氮化合物（二甲胺和含有二甲胺官能团的叔胺）。为识别和控制有机氮前体物，以氯胺消毒水样时量化NDMA总浓度的进行测试。零假设H0：污水或自然水域中二甲胺是唯一形成NDMA的前体。备选假设H1：污水或自然水域中二甲胺不是唯一形成NDMA的前体。3.2论文所采用的实验设计方法1)A1的实验设计方法测定指标：通过测定呼吸速率(oxygenuptakerate,OUR)来表征污泥活性。测定方法：取曝气池末端活性污泥迅速曝气,在极短的时间内让取出的混合液中溶解氧浓度达到或者接近饱和,将混合液倒入反应瓶中,开始试验。测量时,在反应瓶中放一个搅拌子,保证瓶内的测量环境保持一致。测量开始时,首先把溶解氧测定仪的探头放入反应瓶中30s,读数开始稳定下降时再开始计数,每10s记录反应瓶内溶解氧浓度。实验方法：试验过程投加0.06g/L氯酸钠(NaClO3)抑制硝化菌活性,投加0.05mg/L烯丙基硫脲(ATU)抑制亚硝化菌活性,从而实现Fe3+和Al3+对不同菌种呼吸速率影响的考察。每次试验进行3次平行试验。实验过程中采用了氯酸钠抑制硝化菌活性，烯丙基硫脲抑制亚硝化菌活性，可能会有交互效应。2)A2的实验设计方法该实验是采用的析因实验1，析因实验是一种多因素的交叉分组实验，它不仅可检验每个因素各水平间的差异，而且可检验各因素间的交互作用。实验室前期研究表明Na2S、NaNO2、Na2S2O33种无机物均可促进非光合固碳微生物菌群的固碳效率。，该论文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。A2中的析因实验设计培养方式如下。前期的一些实验结果表明，单一电子供体对微生物的固碳效率会有一定的促进作用，但效果不明显，而混合电子供体的不同配比也会对生物固碳量产生影响。该实验实验采用三因素两水平的析因实验设计，选用1个较低的电子供体浓度水平，目的是讨论混合电子供体对微生物固定CO2效率的影响。实验中Na2S、NaNO2、Na2S2O3采用-1、0和+1三个浓度水平，每水平对应的电子供体浓度为0、0.5和1.0g·L－1。3)A3的实验设计方法1.光催化实验设计由于光催化的影响因素较多,例如紫外灯的光强和反应时间.但是由于所取废水色度较大,所选取的光源强度不高,因此,紫外灯投射的效率不高,并且实验无法实现连续改变光照强度(此为该装置需改进的方面).单因素实验结果表明,光照强度太低、光照时间较短时,无法达到理想的处理效果,因此如果将光源强度和反应时间作为正交实验的因素加以考虑,则实验结果就没有可比性.在正交实验中该2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,4根灯管分布四周以有利于紫外灯的投射及光源利用率的确定,考虑处理效果和经济性光照时间为120min.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.根据以上分析所选取的3个主要影响因素以及选取的水平制定L9(34)正交实验表.（表3）2.SBR工艺的实验设计影响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、运行周期等.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.4)A4的实验设计方法1.标准二甲基亚硝胺前驱物测试分析废水出水样品4℃下存储于PFE聚乙烯容器内。通常状况下，水样并不需要过滤，但为了评价过滤的效果，将水样通过名义孔径为0.7um的玻璃纤维过滤器过滤。使用前过滤器应经过约3小时的400