تعیین پارامترها و ضرایب ترمودینامیکی و سینتیکی حذف فسفر توسط رزین‌های تبادل یونی ضعیف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، ایران

2 استاد گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران

4 مربی گروه مهندسی بهداشت محیط، عضو هئیت علمی دانشگاه علوم پزشکی البرز، کرج، ایران

5 کارشناس بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی همدان، ایران

چکیده

حذف مقادیر بیش از حد استاندارد فسفر به‌منظور جلوگیری از بروز پدیده اتریفیکاسیون در منابع آبی ضروری است. در این مطالعه از رزین آنیونی بازی ضعیف با سیکل OH- برای حذف فسفر از محلولهای شبیه‌سازی شده استفاده گردید. کلیه آزمایش‌ها در سیستم ناپیوسته انجام گرفت. تأثیر پارامترهای مختلفی از جمله زمان واکنش، غلظت اولیه فسفر، pH محلول، مقدار رزین و دما بر روی کارایی حذف فرایند مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین کارایی حذف فسفر در pH برابر 5 مشاهده گردید. نتایج نشان داد که رزین مورد استفاده قادر است که مقدار فسفر موجود در محلولهای شبیه‌سازی شده را از غلظتهای 5 ، 10 و 15 میلی‌گرم در لیتر در مدت زمان 150 دقیقه و در pH برابر 5 با حداقل 5/0 گرم در لیتر از رزین به کمتر از 8/0 میلی‌گرم در لیتر برساند. نتایج حاصل از بررسی مدل‌های سینتیکی نشان داد که روند حذف فسفر از مدل سینتیکی شبه درجه دوم پیروی می‌کند. همچنین مشخص گردید که نفوذ فیلم مانند، مرحله محدود کننده جذب فسفر بر روی رزین مورد مطالعه است. نتایج حاصل از بررسی ترمودینامیک واکنش نیز نشان داد که واکنش حذف فسفر از لحاظ استوکیومتری خود به خودی صورت گرفته و واکنش از لحاظ دمایی از نوع واکنش‌های گرمازا است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Thermodynamic and Kinetic Parameters During Sorption of Phosphorous by Weakly Anion Exchanger

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Samarghandi 1
  • Alireza Rahmani 2
  • Mohammad Noori sepehr 3
  • Mansour Zarrabi 4
  • Saied Borji 5
چکیده [English]

Removal of phosphorous for control of eutrophication in receiving water is necessary and of great concern for environmental protection. In this work, weak anion exchange resin with OH- was used for removal of phosphorous from model solution. All experiments were conducted in a batch system. Various parameters such as pH, initial phosphorous concentration, solution temperature, resin dosage and reaction time were studied. High removal was observed at pH 5. After 150 minute reaction time at pH 5 and 0.5 g/L of adsorbent, phosphorous concentration decreased form initial concentrations of 5, 10 and 15 mg/L to below 0.8 mg/L. Experimental data was best fitted onto pseudo-second order model. In addition it was found that film diffusion model is the main rate controlling step in this reaction. Thermodynamic studies demonstrated that removal of phosphorous is an exothermic reaction and randomness in solid-liquid surface during sorption process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adsorption
  • Phosphorous
  • Eutrophication
  • Thermodynamic
1- Paola, C., Margherita, S., Giovanni, G., and Salvatore, D. (2010). “Influence of the pH on the accumulation of phosphate by red mud.” J. of Hazardous Materials, 182(4), 266-272.

2- Mohammad, Yari, N., and Balador, A. (2008). “Performance of MBBR in the treatment of combined municipal and industrial wastewater, a case study: Mashhad wastewater treatment plant of Parkandabad.” J. of Water and Wastewater, 65, 38-46. (In Persian)

3- Pinar, A.K., Cengiz, K., and Olgun, G., (2010). “Preparation of quaternized dimethylaminoethylmethacrylate grafted nonwoven fabric for the removal of phosphate.” J. of Radiation Physics and Chemistry, 79(4) 233-237.

4- Kermani, M., Bina, B., Moahedian, H., Amin, M.M., and Nikain, M. (2010). “Performance and modeling of moving bed biofilm process for nutrient removal from wastewater.” J. of Water and Wastewater, 19(3), 9-19. (In Persian)

5- Smita, S., and Ashok, K.S. (2006). “Biological phosphate removal by model based continuous cultivation of acinetobacter calcoaceticus.” J. of Process Biochemistry, 41(3), 624-630.

6- Agnieszka, R., and Gunno, R. (2010). “Long-term phosphate removal by the calcium-silicate material polonite in wastewater filtration systems.” J. of Chemosphere, 79(7), 659-664.

7- Takdastan, A., Azimi, A.A., and Salari, J. (2011). “Removal of turbidity, COD, detergent and phosphate from carwash wastewater by electro coagulation.” J. of Water and Wastewater, 79, 19-25. (In Persian)

8- Tsz-Him, S., Anthony, M., Vinci, K.C., L., and Gordon, M. (2009). “Kinetics of zinc ions removal from effluents using ion exchange resin.” J. of Chemical Engineering, 146(7), 63-70.

9- Hubicki, Z., Wolowicz, A., and Leszczynska, M. (2008). “Studies of removal of palladium (II) ions from chloride solutions on weakly and strongly basic anion exchangers.” J. of Hazardous Materials, 159(8), 280-286.

10- Xing, X., Bao-Yu, G., Qin-Yan, Y., Qian-Qian, Z., and Xiao, Z. (2010). “Preparation, characterization of wheat residue based anion exchangers and its utilization for the phosphate removal from aqueous solution.” J. of Carbohydrate Polymers, 82(4), 1212-1218.

11- Naohito, K., Fumihiko, O., and Hisato, T. (2010). “Selective adsorption behavior of phosphate onto aluminum hydroxide gel.” J. of Hazardous Materials, 181(23), 574-579.

12- Liang-guo, Y., Yuan-yuan, X., Hai-qin, Y., Xiao-dong, X., Qin, W., and Bin D. (2010). “Adsorption of phosphate from aqueous solution by hydroxy-aluminum, hydroxy-iron and hydroxy-iron-aluminum pillared bentonites.” J. of Hazardous Materials, 179(3), 244-250.

13- Ke, X., Tong, D., Juntan L., and Weigong, P. (2010). “Study on the phosphate removal from aqueous solution using modified fly ash.” J. of Fuel, 89(12), 3668-3674.

14- Yan, Y., Renping, W., and Malcolm, C. (2010). “Phosphate removal by hydrothermally modified fumed silica and pulverized oyster shell.” J. of Colloid and Interface Science, 350(1), 538-543.

15- Satoshi, A., and Tamiji, Y. (2010). “Characteristics of phosphate adsorption onto granulated coal ash in seawater.” J. of Marine Pollution Bulletin, 60(4), 1188-1192.

16- Qinyan, Y., Yaqin, Z., Qian, L., Wenhong, L., Baoyu, G., Shuxin, H., Yuanfeng, Q., and Hui, Y. (2010). “Research on the characteristics of red mud granular adsorbents (RMGA) for phosphate removal.” J. of Hazardous Materials, 176(3), 741-748.

17- Sibel, T.A., Ilknur, T., Adnan, O., and Tevfik, G. (2010). “Phosphate removal potential of the adsorbent material prepared from thermal decomposition of alunite ore-KCl mixture in environmental cleanup.” J. of Desalination, 260(6), 107-113.

18- Jianda, Z., Zhemin, S., Wenpo, S., Ziyan, C., Zhijian, M., Yangming, L., and Wenhua, W. (2010). “Adsorption behavior of phosphate on lanthanum (III) doped mesoporous silicates material.” J. of Environmental Sciences, 22(4), 507-511.