作为庞大的管式“反应器”,自来水在输配水管网中的停留时间长达1~3天。由于各种物理、化学和生物反应过程的发生,将对供水水质产生一定的影响。对于以铁质管材为主的系统,随着使用年限的增加,管道腐蚀问题也日趋严重。这些锈蚀物在向水中释放铁离子的同时,还对水中的各种污染组分具有吸附蓄积作用。本研究以西安市输配水管网铁质锈蚀物为研究对象,系统评价了其对管网水中锰、镉、镍等重金属元素,以及苯酚、苯甲酸和邻苯二酚等有机组分的吸附热力学和动力学特征。在此基础上,提出了管道锈蚀物对重金属和有机组分的吸附原理,并结合热力学计算对上述过程进行了验证,得到的主要研究结论如下:(1)管道锈蚀物(ICMs)主要由铁、钙和锌组成,同时还有少量铝、锰、砷、铅和铜;铁主要以针铁矿的形式存在。微观形貌分析结果显示,ICMs在管道内壁呈瘤状,结构较为疏松,表层及内部含有大量微型小孔。这些小孔相互连通成为一体,具有较大的比表面积(BET,108.7 m2/g),为污染物的吸附蓄积提供了良好的环境。(2)ICMs对重金属元素的吸附过程可分为三个阶段:快速吸附段、缓慢增加段和趋于平衡段。随着初始浓度的增加,重金属元素在特定时刻的吸附速率均出现一定的上升趋势,但其达到吸附平衡的时间则不断增长。进一步研究发现,ICMs对锰以物理吸附为主,对Langmiur和Freundlich吸附等温式的符合度均较高;镉和镍的则以化学吸附为主,符合Langmiur吸附等温式。(3)随着反应时间的增加,苯酚、苯甲酸和邻苯二酚的反应速率与重金属元素呈现类似的变化规律,以化学吸附为主,均属于二级反应。平衡后,邻苯二酚的去除率最高、苯酚次之、苯甲酸则最低,这可能与不同pH环境下ICMs表面的荷电性质,以及有机组分的络合能力等因素有关。(4)在明确ICMs主要物质组成、比表面积、主要活性位点类型和密度等数据的基础上,通过Pest参数率定和Visual Minteq计算,确定代表性重金属和有机组分在ICMs表面的吸附途径与平衡常数,并通过相同环境条件下实测值与理论计算值的对比分析,进行模型验证。上述研究结论的取得证实了ICMs对管网水中重金属和小分子有机组分具有良好的吸附蓄积性能。由于污染物向ICMs的迁移转化,使得其在管网水中的含量呈现一定的下降趋势。然而,当管网水质环境发生大幅改变,如切换供水水源后,可能引起管壁附着物的突发性大量释放,威胁饮水健康。本研究所提吸附机理和平衡常数将为ICMs吸附稳定性评价、管网运行管理和水质调控工作的开展提供理论支撑。