随着社会经济快速发展以及城市化进程的加速,城市污水处理的问题日益严峻,伴随着污水处理过程中大量处理活性污泥的产生,污泥减量这一问题已经引起了社会的广泛关注。相对于传统的污泥技术如焚烧、填埋,目前比较主流的污泥减量技术有高级氧化技术、热分解、水热碳化、超声波技术。水热碳化法（Hydrothermal carbonization）作为污泥减量的一种新技术,不仅可以实现对污泥的减量化和无害化,同时能够有效地固定碳源,进而将产生的碳基产物进行资源化利用,对生态环境的保护有着重要意义,已成为当前国内外研究的热点。本论文的研究分别以城市污水处理厂的原污泥（工艺过程中未额外加铁的二沉池污泥）以及加铁污泥（含硫酸亚铁的污泥）为原料,通过水热碳化法分别制备得到活性污泥水热炭（Fe-SSHC-A）和磁性炭（Fe-SSHC-B）,并以Fe-SSHC-B为基底通过还原反应制备得到零价铁SSHC（ZVI-SSHC）。进而以Cd²⁺和Pb²⁺为模型污染物,探究三种水热炭产品对水中重金属的去除效果。实验内容主要可分为以下三个部分:（1）以生化阶段未额外投加铁的二沉池活性污泥（原污泥）为原料,采用水热碳化的方法,在220℃,4h的条件下制备得到Fe-SSHC-A。通过元素分析（EA）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM-EDS）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）等检测手段对样品的物性进行表征。探究了Fe-SSHC-A对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附性能。结果表明:制备出的样品具有不均匀的孔隙结构,且表面有少量的铁存在。在15h的吸附之后,Fe-SSHC-A对Cd²⁺和Pb²⁺的去除率分别为51.7%和41.9%。（2）以生化阶段投加硫酸亚铁的二沉池活性污泥（加铁污泥）为原料,采用水热碳化的方法,在220℃,4h的条件下制备得到磁性炭Fe-SSHC-B。通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM-EDS）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、磁滞回线（VSM）等手段对样品的物性进行表征。对不同的单因素实验条件（Fe-SSHC-B投加量、溶液pH、水热温度、铁投加量）进行考察,并通过吸附动力学、吸附等温线探究吸附过程。结果表明:铁成功地附着在Fe-SSHC-B上,其价态为三价和二价共存,同时样品显示了较强的磁性。以Cd²⁺和Pb²⁺为模型污染物进行去除反应,Fe-SSHC-B最佳投加量分别为0.2g和0.3g,溶液pH分别为5和6。升高水热温度以及增加铁投加量都加强了Fe-SSHC-B对目标污染物的吸附性能。样品的吸附过程更符合准二级动力学和Langmuir模型,主要受化学吸附控制,同时存在单层物理吸附。（3）以合成的Fe-SSHC-B为基底材料,以NaBH₄为还原剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）为表面活性剂,还原制备了ZVI-SSHC。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM-EDS）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、磁滞回线（VSM）等手段对样品进行物性表征。样品中检测到零价铁,且样品仍保持较强磁性。对不同的单因素实验条件（ZVI-SSHC投加量、溶液pH）进行考察,并通过吸附动力学、吸附等温线探究吸附过程。对比了ZVI-SSHC和Fe-SSHC-B的吸附性能。以Cd²⁺和Pb²⁺为模型污染物,ZVI-SSHC最佳投加量分别为0.2g和0.25g,溶液最佳pH分别为6和5。在相同吸附剂投加量和溶液pH条件下,ZVI-SSHC的吸附能力强于Fe-SSHC-B。所制备样品的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,同样主要受化学吸附控制,同时存在单层物理吸附。