神东矿区水资源短缺、矿井水严重污染和固体废物堆积等问题,严重影响了周边生态环境及人类身体健康,通过在煤矿采空区建立地下水库矿井水修复系统,使矿井水可以循环利用并达到安全排放的目的。针对这一工程背景,本文选取固体废物煤矸石与煅烧铝改性粉煤灰相结合,经600℃高温煅烧活化和氯化铝水热改性的粉煤灰,成功制备了人工吸附剂,并在静态试验的基础上,利用动态试验将自然吸附剂煤矸石与人工吸附剂煅烧铝改性粉煤灰（Al-FA）联合一体化修复含F-、Fe2+、Mn2+和COD的矿井水。具体研究内容及成果如下:（1）通过静态单因素试验,确定了煤矸石去除F-、Fe2+、Mn2+和COD的最佳反应条件和吸附机制,结果表明:煤矸石处理F-含量为5 mg/L,Fe2+含量为10 mg/L,Mn2+含量为5 mg/L,COD含量为20 mg/L的矿井水最佳反应条件为:煤矸石粒径20-30目,投加量为5.3 g/L,反应p H为6,反应时间180 min,反应温度35℃,此时,对F-、Fe2+、Mn2+的去除率最大分别为29.7%、99.9%和99.7%,对COD没有明显的去除效果。通过正交试验可知煤矸石吸附F-、Fe2+、Mn2+的影响因素排序为:p H＞反应时间＞投加量。煤矸石去除Fe2+、Mn2+是一个吸热的自发熵增过程,符合Langmuir模型和准二级动力学方程。通过XRD、FTIR、SEM和EDS微观表征结果表明,对Fe2+、Mn2+的去除机理主要来源于煤矸石静电吸引的物理吸附和依赖Si-OH、Si-O-Si和Si-O-Al基团以表面配位吸附、离子交换反应、化学沉淀体现的化学吸附。（2）对不同粉煤灰改性方法进行比较,确定最佳制备方法及条件。通过静态试验,探究了Al-FA对F-、Fe2+、Mn2+和COD的最佳吸附条件和去除机制。制备煅烧铝改性粉煤灰的最佳参数为:600℃煅烧90 min,氯化铝浓度为0.5 mol/L,固液比为1:7的条件下90℃水浴加热60 min。Al-FA去除污染矿井水最佳静态参数为:Al-FA投加量为26.67 g/L,反应时间180 min,反应p H为7,反应温度35℃,此时Al-FA去除复合矿井水中F-、Fe2+、Mn2+和COD的去除率分别为98.74%、62.3%、61.5%和83.67%。Al-FA去除F-和COD的吸附过程更符合Freundlich方程和准二级动力学。XRD、FTIR、SEM和EDS微观表征结果说明Al-FA表面多孔,比表面积大,通过水热铝盐改性,使得Al-FA晶格中的Si-O和Si-Al-O结构断裂,增强Al-FA吸附性能。产生的去除机理有:表面配位吸附反应、离子交换反应、化学沉淀、吸附电中和的絮凝作用体现的化学吸附,以及静电吸引体现的物理吸附。自然吸附剂煤矸石与人工吸附剂Al-FA的联合应用,达到了同步去除F-、Fe2+、Mn2+和COD的目的。（3）在静态试验的基础上,通过构造6个动态柱试验,探究自然吸附剂煤矸石对F-、Fe2+、Mn2+和COD在不同填充高度和不同进水流速条件下的动态去除效果,建立了动态吸附模型。结果表明:煤矸石动态吸附的最佳参数为:填充质量200 g,进水流速4 ml/min。此时,煤矸石对Fe2+、Mn2+的动态去除率可达98%以上,煤矸石对Fe2+、Mn2+的动态吸附动力学更符合Thomas模型。（4）在静态试验及煤矸石动态柱试验的基础上,将煤矸石动态柱出水口接入人工吸附剂Al-FA动态柱的进水口,构造煤矸石和Al-FA一体化联合修复装置,进一步研究了煤矸石和Al-FA一体化动态柱对F-和COD的动态吸附效果。结果表明:在最佳动态条件下,煤矸石与Al-FA联合一体化动态柱对F-和COD的动态去除率可达95%以上,Al-FA对F-和COD的动态吸附动力学更符合Thomas模型。该论文有图72幅,表23个,参考文献97篇。