污泥由于存在大量重金属、有机污染物以及各种病原体等,会对环境造成严重的危害,对于污泥的处理成为近年来的研究热点。污泥存在脱水性能较差、运输困难等特点,采用零价铁活化硫酸盐(PDS)可以提高污泥脱水性能。然而,无论未发酵、发酵还是脱水后的污泥仍然会对环境产生影响。因此,本研究将未发酵、发酵以及脱水后的污泥通过热化学转化过程,制备成未发酵污泥生物炭(WASBC)、发酵污泥生物炭(ADSBC)以脱水含铁发酵污泥生物炭(Fe-ADSBC),通过改变热解温度探究其表面结构的理化性质的变化,分析其对于污染物去除的性能和机理。研究发现,当污泥热解温度在400℃到1000℃范围内时,在相对较低的600℃制备的ADSBC具有更多的含氧官能团,可以有效的吸附重金属,而在相对较高的1000℃制备的ADSBC以及Fe-ADSBC具有更高的石墨化程度以及不同形态的铁,可以高效的活化PDS降解有机物。主要研究内容和结果如下:为了探究污泥生物炭的性能,将污泥在400-800℃热解制备成生物炭,通过多项表征手段分析材料的性质,并研究WASBC和ADSBC对于多种重金属的吸附性能。通过实验结果发现,随着热解温度的提高,污泥生物炭材料石墨化程度、稳定性以及抗氧化能力有所提高。600℃制备的污泥生物炭(ADSBC600)对于多种重金属有较好的吸附效果,其中对于Pb2+去除率最高。研究发现,ADSBC 600对于Pb2+的吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附曲线,证明该过程为化学吸附。研究表明污泥生物炭吸附重金属的吸附机理主要包括:静电吸附作用、离子交换作用以及络合作用。本研究采用热解法将厌氧消化污泥制备成ADSBC,活化PDS降解有机污染物。研究发现,1000℃制备的ADSBC金属浸出量低、几乎不存在固有自由基以及溶解性有机物,该材料具有较高的稳定性以及较低的生物毒性。另外,由于其具有较大的比表面积、高石墨化程度以及良好的导电性能,可以高效的活化PDS降解有机污染物。研究表明,1000℃制备的ADSBC活化PDS可以在90 min内完全去除磺胺噻唑(STZ),而400℃制备的ADSBC对于STZ的去除效果仅为20.25%。另外,该体系可在较宽的p H和温度范围内去除多类有机污染物,包括染料、雌激素以及磺胺类等。通过自由基淬灭实验、溶剂改变实验、不同有机污染物去除性能研究以及电化学测量等实验方法,对ADSBC/PDS体系的机理进行了深入探讨。实验结果表明,ADSBC/PDS体系对于有机污染物去除主要是基于非自由基途径的电子传递理论,而不是自由基和单线氧途径。在本研究中,采用PDS-ZVI可以有效破坏厌氧消化污泥中可溶性细胞外聚合物,以及松散结合的胞外聚合物中的蛋白质,以提高其脱水性能。为了避免剩余铁导致的二次环境污染,通过一步热解法将含铁发酵污泥转化为Fe-ADSBC。随着热解温度从600℃升高到1000℃,生物炭上铁的形态从Fe3O4转变为了Fe O。研究发现,600℃和800℃制备的Fe-ADSBC活化PDS,在90 min内对于磺胺二甲基嘧啶(SMT)的去除率仅为33.3和61.78%,而1000℃制备的Fe-ADSBC可以在60 min内完全去除SMT。通过淬灭实验和电子顺磁共振技术发现,在Fe-ADSBC/PDS体系中的主要活性氧由羟基自由基转化为硫酸根自由基。此外,Fe-ADSBC中碳结构可以通过协同作用,促进有机物的吸附以及通过界面形成的C-O-Fe键的电荷转移来提高铁氧化物的活性,从而提高活化PDS降解有机污染物的性能。该研究探究了Fe-ADSBC的性能,同时揭示了Fe-ADSBC/PDS体系中SMT降解的最终转化产物的机理、反应途径以及环境影响。因此,将废弃污泥制备为生物炭材料,不仅可以有效的处理污泥,还可以作为低成本且环境友好的材料用于污染物的去除,为污泥废弃物资源化利用提供了一种有前景的方式。