实验选取了吸附时间、温度、投灰量、pH值以及离子浓度五个因素对粉煤灰的吸附效果进行分析。各单因素分析具体条件设计如下：
由于任何的物理化学反应都需要一定的反应时间，其长短直接影响反应是否完全，考虑到吸附平衡的时间问题，将吸附时间设置为15min到150min，以探讨最佳的吸附时间（表2实验1）。用其中值为60min作为其他的实验的反应时间。
为了模拟酸、碱、中和条件下的水体环境、以及水体环境过酸过碱是否对吸附过程有较大的影响，以pH值2.0~12.0范围，探讨不同酸碱环境溶液中粉煤灰吸附铅离子的性能（表2实验2）。粉煤灰富含碱性金属，pH偏高，为提高吸附效率，中和溶液的酸碱性，其他实验中溶液的pH选择为5.0。
在自然环境中温度过低时，水会结冰，含铅离子的废水很难进入粉煤灰，故选择10℃、20℃、30℃模拟现实情况，计算粉煤灰的吸附效率；同时温度升高时，可加快化学反应速率，吸附能力可能加强，但是否能大幅度地提高粉煤灰对铅离子的吸附性能尚不得知，故选择40℃、50℃、60℃三种高温来讨论（表2实验3）。冬季结冰含铅工业废水无法流动进入粉煤灰。在不考虑冬季的情况下，由于中国大部分城市的年平均温度在20℃左右，故其他实验温度设定在20℃；
当投灰量过低时，粉煤灰吸附铅离子的反应并不完全，铅离子可能会有剩余；投灰量过高时，粉煤灰的吸附反应会达到饱和，且粉煤灰可能会有剩余，因此选择投灰量0.5g~7.0g，以深入讨论多少粉煤灰的量能使吸附效率达到最高，且粉煤灰利用率最高（表2实验4）。本文各实验所用含铅溶液均为100ml，因此选择2.0g作为其他实验的投灰量。
虽然不同工业排出的废水中含铅离子的浓度有较大差异，但铅离子浓度普遍超标几十至数百倍。国家地表水环境质量标准（GB/T 14848-93）中，v类水最大铅离子允许排放的浓度为0.1 mg/L。选择30mg/L~480mg/L的含铅离子浓度，模拟各种严重超标的含铅离子污染，讨论不同的离子浓度下粉煤灰吸附铅离子的吸附性能（表2实验5）。而以60mg/L为其余各实验的铅离子浓度，模拟超过国家地表v类水允许排放铅离子的最大浓度600倍的污染水体。
粉煤灰吸附含铅离子废水属于Ⅰ型吸附等温线，是单分子层吸附，具体有Langmuir模型和Freundlich模型[17-18]。Langmuir模型是假设吸附剂是均质各项同性、单层同性，其线性方程如下[19]：
—吸附量，mg/g； —溶液吸附后的浓度，mg/L；
，b—与最大吸附量有关的Langmuir常数
将通过1.5所得的数据带入方程，绘制出Langmuir模型的拟合图像（图7）。其拟合出的方程为，Q0为12.531，b为0.331，拟合系数为0.9997。
Freundlich模型一般被看做是经验式，其线性方程如下[20]：
—吸附量，mg/g；—溶液的起始浓度，mg/L；
—溶液吸附后的浓度，mg/L；，n—与吸附容量有关的Freundlich常数；KF、n是Freundlich模型常数，1/n可表示为吸附剂与吸附质之间的亲和力关系。将吸附等温线的数据带入方程，绘制出Freundlich模型的拟合图像（图8）。其拟合出的方程为，n值为4.808，KF的值为3.908，拟合系数R2为0.31999，P值为0.0514，显然用此方程拟合的效果较差。
本文实验结果显示，粉煤灰处理含铅离子的废水的Langmuir模型拟合度比Freundich模型高。因此可以判断出实验所用粉煤灰均质、各项同性，吸附能力强，且吸附过程是一个单分子层吸附且吸附剂表面较为光滑的窄孔吸附过程，才使得其在吸附铅离子的最大吸附效率能达到98%以上。
图7 粉煤灰吸附Langmuir模型 图8 粉煤灰吸附Freundich模型
Fig.7 Fly ash Langmuir adsorption model Fig.8 Fly ash Freundich adsorption model
3 结论与建议
1）单因素实验分析结果表明，各实验分别在吸附时间为90min、温度为50℃、pH为6.0、投灰量为5.0g、离子浓度为30mg/L时，粉煤灰吸附铅离子效果最好，其中投灰量对吸附量和吸附效率影响最大，其次是离子浓度和pH，同时各实验的吸附效率均超过98%。
2）经过粉煤灰处理过后的含铅离子废水吸光度在1.2~2.2的范围中，计算出对应铅离子浓度在0.5~0.9mg/L范围中，虽然铅离子浓度有大幅度减少，但还未达到国家地表水允许排放Ⅴ类水最大浓度0.1mg/L的标准，还需要相应的措施对含铅离子的废水进行进一步处理。
3）在多种函数模拟各因子对粉煤灰吸附铅离子的模型中，以离子浓度为自变量的对数方程精度最高，R2达0.93，以温度为自变量的三次多项式其次，R2为0.86，而以吸附时间、pH、投灰量为自变量的方程则以二次多项式为最佳，其R2均超过了0.83，这些模型均可很好地模拟不同条件下粉煤灰吸附铅离子的吸附效率。
4）通过对Langmuir和Freundich模型的R2对比得出，粉煤灰吸附铅离子更适用于Langmuir模型，该吸附过程是一个单分子层吸附且吸附剂表面较为光滑的窄孔吸附过程。
5）实验结束之后吸附铅离子的饱和灰处置问题一直被人们所忽视，饱和灰处置不当可能会因为雨水淋洗进行化学反应从而造成二次污染，所以资源化综合利用饱和灰以及通过改性粉煤灰减少粉煤灰的用量是接下来人们所研究的重点问题。
作者姓名： 郑曼迪
