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剩余城市污泥合理的处理处置是一个难题。传统的剩余污泥处理处置技术主要以填埋、农田利用、焚烧和堆肥,其中以填埋为最主要的方式。然而,由于场地或高环境风险的限制,传统的处理处置方法已经不能满足城市绿色发展的要求。近年来,固废处理政策由减量化向资源化发展,剩余污泥资源化利用已成为解决污泥囤积、实现绿色可持续发展的必然选择。本课题以市政脱水污泥为原料,利用氧化钙改性脱水污泥,制备氧化钙强化污泥基吸附剂(CaO enhanced modified sludge based adsorbent,CaO-SA),通过氧化钙强化后提高污泥吸附剂的机械强度及其对重金属的吸附能力。通过探究制备条件对CaO-SA机械强度及吸附重金属能力的影响,确定最佳制备条件,并阐明氧化钙改性脱水污泥的固化与吸附重金属的机理。通过静态吸附实验,研究吸附条件对CaO-SA吸附重金属Cd(Ⅱ)的影响,评价其吸附Cd(Ⅱ)的性能,并探讨其吸附动力学、等温吸附与吸附热力学特征,优化其吸附条件。结合吸附前后吸附剂的表面形态和物理化学特性的变化,探讨其吸附Cd(Ⅱ)的机理。同时,CaO-SA应用到处理实际的选矿废水中,评价其吸附实际废水中重金属的效果。研究结论如下:(1)CaO-SA的最佳制备条件为氧化钙用量为5%,干燥温度为60℃。制备的吸附剂的饱和吸附容量为0.73 mmol·g-1。经过氧化钙强化改性后,吸附剂的表面形态和物理化学特性发生如下变化:比表面积和孔容积均变大,羧酸去质子化,钙离子含量增加。以上的变化增加了吸附位点,提高了离子交换能力及官能团结合重金属的能力,进而强化了吸附剂的吸附能力。同时氧化钙的使用在污泥中发生凝聚作用、碳酸化作用以及Ca(OH)2将污泥胶结成整体,提高了 CaO-SA的机械强度。(2)CaO-SA吸附Cd(Ⅱ)的条件优化是根据Box-Behnken曲面优化法的预测模型进行预测,确定最佳吸附条件为:吸附时间90min、吸附剂投加为量1g·L-1、pH为5、温度40℃。在此条件下,CaO-SA吸附5 mg·L-1的Cd(Ⅱ)模拟废水,去除率达到99.74%。CaO-SA具有良好的循环再生功能,在Cd(Ⅱ)模拟废水初始浓度100 mg·L-1,吸附时间3h,吸附剂投加为量1 g·L-1、pH为5、温度25℃条件下吸附;在解吸液为1.0 mol·L-1的HCl,解吸时间6h,吸附剂投加为量1g·L-1,温度25℃的条件下解吸,经过吸附解吸再生三次后,其对100 mg·L-1含Cd(Ⅱ)废水去除率达到77%。吸附体系中,存在Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)不利于CaO-SA对Cd(Ⅱ),其竞争吸附关系为Cu(Ⅱ)>Zn(Ⅱ)>Pb(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。常见的共存阳离子Mg(Ⅱ)、K(Ⅰ)、Na(Ⅰ)对CaO-SA吸附Cd(Ⅱ)均有不利的影响。(3)CaO-SA吸附Cd(Ⅱ)的过程符合准二级动力学模型,吸附平衡模型符合Langmuir吸附等温模型。化学吸附主要决定了 CaO-SA吸附Cd(Ⅱ)的反应速率,吸附为单层吸附为主,且为自发的吸热反应,吸附过程主要途径为:(1)Cd(Ⅱ)与吸附剂中Ca(Ⅱ)以离子交换的方式吸附到吸附剂表面;(2)Cd(Ⅱ)与吸附剂中的羧基(COO-)、羟基(OH-)发生螯合、络合配位作用进行吸附。其中,离子交换为主要的吸附途径。(4)CaO-SA对实际选矿废水中重金属离子具有良好的吸附效果。使用Box-Behnken曲面优化法优化CaO-SA吸附含Pb(Ⅱ)(25± mg·L-1)选矿废水的吸附条件,并确定其最优吸附条件为:投加量为6 g·L-1、温度为40℃、pH=11、吸附时间为30 min。在此条件下经过CaO-SA的吸附后,Pb(Ⅱ)的出水浓度为0.093 mg·L-1,达到《铅、锌工业污染物排放标准(GB 25466—2010)》中铅排放标准为0.5 mg·L-1的要求。动态柱吸附实验结果表明,在进水、出水流速均为1 mL·min-1,水力停留时间为20 min,吸附材料层高度为60 mm,吸附液高度180 mm温度25℃的条件下,连续吸附85小时内,Pb(Ⅱ)的出水浓度达到《铅、锌工业污染物排放标准(GB 25466—2010)》中铅排放标准为0.5 mg·L-1的要求。