近年来,由于氮磷超标导致地表水环境富营养化的问题越来越受到重点关注。农村地区由于缺乏经济有效的污水控制策略,含磷污水的无控制排放是导致地表水环境富营养化的主要原因之一。为了实现对污水污泥的处置与资源化利用,并同时获取针对村镇地区含磷污水的高效除磷吸附剂,本研究以污水污泥作为制备材料,利用Mg、Ca、Al、Fe四种金属改性污泥,采用500-900℃热解温度制备金属改性污水污泥基生物炭,表征分析生物炭的理化性质、表面结构以及官能团变化,分析热解温度和金属负载量对金属改性污水污泥基生物炭性质的影响,优选出对磷吸附效果最好的四种生物炭,并分析其对磷酸盐的吸附性能和影响因素,揭示金属改性污水污泥基生物炭吸附磷酸盐的作用机制。考察改性污水污泥基生物炭用于治理磷污染污水的可能性,为村镇污水的高效除磷和污水污泥的资源化利用找到可行的途径。主要研究结果如下:为考察改性污水污泥基生物炭对磷酸盐的吸附性能,在500-900℃条件下热解制备金属改性污水污泥基生物炭,通过表征手段分析生物炭的理化性质。实验结果表明:SSBC900-Mg、SSBC900-Ca、SSBC500-Al、SSBC500-Fe四种生物炭对磷酸盐的最大吸附容量分别为33.72mg/g、139.12mg/g、27.82mg/g、6.06mg/g。随着初始pH值的增加,SBC900-Mg和SBC900-Ca对磷酸盐的吸附容量呈现先升高后降低的趋势;SBC500-Al和SBC500-Fe对磷酸盐的吸附容量逐渐降低。研究发现,SBC900-Mg、SBC900-Ca对磷酸盐的吸附过程分别符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,表明二者吸附磷酸盐主要为发生在生物炭表面单层的化学吸附。SBC500-Al、SBC500-Fe则符合拟一级动力学模型和Freundlich模型,表明其对于磷酸盐的吸附过程为非理想条件下的多层吸附,吸附热力学模型的分析表明吸附反应为吸热过程。水体中常见的离子Cl-、SO42-、HCO3-、NO3-、CA和HA能够与磷酸盐竞争改性污水污泥基生物炭上的活性吸附位点,导致生物炭对磷酸盐吸附效率的降低。在经过五次吸附-解析循环后四种生物炭仍然具有吸附容量,表明可再生的改性污水污泥基生物炭具有一定的循环利用价值。生物炭的浸出结果表明,SBC900-Mg和SBC900-Ca均具有吸附磷后作为农田磷肥再利用的巨大潜力。为了进一步降低制备成本,采用石灰石、碱式碳酸镁、白云石和扇贝粉改性污泥制备生物炭。研究结果表明改性材料显著增强生物炭对磷酸盐的吸附能力。生物炭对磷酸盐吸附量的大小依次为DSBC<MSBC<SSBC<CSBC。总体而言,体系pH值越高,生物炭对磷酸盐的吸附效果就越好。通过对吸附机理解析,表明改性污水污泥基生物炭对磷酸盐的吸附过程主要包括:Ca/Mg与磷酸盐的表面沉淀作用、金属氧化物与磷酸盐的静电引力作用、磷酸盐与-OH形成的表面络合和配体交换作用。因此,通过本研究建立的一种改性污水污泥基生物炭制备方法,不仅能够实现对污水污泥的资源化利用,同时获取针对村镇地区含磷污水的高效除磷吸附剂。