柑橘皮吸附城市生活污水中磷的研究(2)

　　2 结果与分析

　　2.1 正交试验

　　采用正交试验优化设计的直观分析法对试验结果（表3）进行了分析。各因素最佳处理水平为A4B4C4D1，即柑橘皮的用量为2.0 g、反应温度为50 ℃、反应时间为120 min、pH为3，在此条件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率为98.79%，与表3中第16组相比，磷的吸附率要高。因此各因素最优组合为A4B4C4D1，各因素的主次关系依次为柑橘皮的用量（A）、污水pH（D）、反应时间（C）和反应温度（B）。

　　2.2 柑橘皮用量对磷吸附的影响

　　由表3可知，当柑橘皮的用量从0.5 g增加到2.0 g时，柑橘皮对污水中磷的吸附率不断增大。这是由于反应容器中污水的量是一定的，因此污水中总磷的量也是一定的，加入柑橘皮的量越多，被吸附的磷的量也越多，根据吸附率计算公式（1）可知吸附率也越大。

　　吸附率=×100% （1）

　　2.3 反应温度对磷吸附的影响

　　由表3可知，当反应温度从20 ℃增加到50 ℃时，柑橘皮对污水中磷的吸附率不断增大。这表明柑橘皮对污水中磷的吸附主要以化学吸附为主，且吸附反应为吸热反应，温度升高有利于吸附反应的进行。

　　2.4 反应时间对磷吸附的影响

　　由表3可知，当反应时间为30～90 min时，随着反应时间的延长柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，当反应时间为90～120 min时，随着反应时间的延长柑橘皮对污水中磷的吸附率基本不变。柑橘皮开始与污水接触时，其表面基本都是没吸附磷的空白表面，因此，此时吸附速率大于解吸速率，所以当反应时间由30 min到120 min时，柑橘皮吸附磷的吸附率一直增大，但当反应时间超过90 min后，解吸速度基本上等于吸附速度，因此，此时吸附率随着反应时间的延长基本无变化。

　　2.5 污水pH对磷吸附的影响

　　由表3可知，当pH为3～9时，柑橘皮对污水中磷的吸附率随pH上升不断减小，但pH为3～5时，柑橘皮对污水中磷的吸附率减小幅度较小，因此酸性条件有利于柑橘皮对污水中磷的吸附。

　　2.6 吸附热力学函数

　　由热力学基本公式：

　　ΔGm=ΔHm–TΔSm （2）

　　ΔGm=-RTlnK （3）

　　可得：

　　lnK=-ΔHm/RT+ΔSm/R （4）

　　其中K为吸附平衡常数；R为气体常数；T为绝对温度；ΔGm为吸附自由能变；ΔHm为吸附焓变；ΔSm为吸附熵变。当温度间隔比较小时，ΔHm和ΔSm近视当常数处理，按式（4）以lnK对1/T作图（图1），由直线的斜率和截距得到ΔHm和ΔSm，从而得到各热力学函数值。由图1可知，柑橘皮对磷吸附过程ΔHm>0，ΔSm>0，说明柑橘皮对磷吸附是的吸热过程，且是熵增大的过程，这是由于溶液中磷通常与水结合生成水合离子或分子，当吸附质的水合离子或分子被吸附时，其结合水可能会解吸出来，这个过程会导致系统的熵增加，即吸附过程ΔS>0；不同温度下的热力学函数如表4所示。由表4可知△G<0，即此吸附过程为自发过程。

　　3 小结

　　1）通过L16（45）的正交试验得到了柑橘皮吸附城市生活污水中磷的最佳处理水平为A4B4C4D1，即柑橘皮的用量为2.0 g、反应温度为50 ℃、反应时间为120 min、pH为3。在此条件下柑橘皮吸附城市生活污水中磷的吸附率为98.79%，各因素的主次关系依次为柑橘皮的用量、污水溶液的pH、反应时间和反应温度。

　　2）热力学研究表明，柑橘皮对污水中磷的吸附过程是自发且吸热的过程。

　　参考文献：

　　[1] 邬扬善.城市污水处理发展近况和问题[J].给水排水，2005， 3（12）：40-43.

　　[2] 刘丽娜，刘志明，吴德意，等.粉煤灰吸附法去除城市景观水体中磷的初步研究[J].环境科学与技术，2006，29（2）：40-42.