硝酸盐污染对饮用水供应造成严重威胁并导致水体富营养化。在多种硝酸盐的去除方法中,吸附法较为简单、方便。活性炭具有庞大的比表面积和发达的孔隙结构且表面的官能团种类丰富,因此是应用广泛的吸附剂。但活性炭吸附具有无选择性,通过在活性炭表面负载金属改性,可以提高活性炭对硝酸盐的吸附能力。给水厂污泥中含有大量的铁、铝元素,可以利用给水厂污泥中的铁/铝对活性炭进行金属负载改性,以提高其对硝酸盐的吸附能力。本研究利用盐酸溶解给水厂污泥中的铁、铝并对活性炭进行改性,考察改性活性炭对硝酸盐的吸附性能。在制备改性活性炭的过程中,通过条件优化试验,探究改性活性炭的最优改性条件。同时,通过XRF、BET、FTIR和Zeta电位等分析手段探究活性炭改性前后的微观变化,并通过吸附影响因素试验和动力学热力学模型分析改性活性炭对硝酸盐的吸附机理。改性条件优化试验表明,污泥溶液的pH较低时,污泥中的金属离子溶解的效果更好。试验使用400ml的1+9盐酸稀释至1L用以溶解100g给水厂污泥,将酸溶解的水厂污泥溶液静置3d后取上清液作改性溶剂,使用污泥溶液的上清液改性可以减少污泥内杂质对改性效果的影响。制备改性活性炭的最优改性条件为:用体积为30mL的污泥溶液,加去离子水稀释至100mL后改性10.0g活性炭,改性溶液不需再次调节pH,改性时间为12h。使用氯化锌溶液对活性炭进行单一金属负载改性,最优改性条件为:用浓度为2.0g/L的氯化锌溶液改性,改性固液比为1g:10ml。XRF分析表明,氯化锌改性活性炭负载了单一金属Zn,水厂污泥改性活性炭负载了多种金属,以Al、Fe为主。BET分析表明,由于改性后金属离子负载在活性炭孔隙内,使得改性后的活性炭比表面积均有下降。Zeta电位分析表明,由于活性炭表面的酸性含氧官能团上的吸附位点被金属离子占据,酸性含氧官能团的减少导致改性活性炭的等电点升高。原活性炭、氯化锌改性和水厂污泥改性的活性炭的等电点分别是5.4、5.5、7.4。FTIR分析表明活性炭改性后金属离子负载在活性炭表面,原活性炭与改性活性炭吸附硝酸盐均为物理吸附。初始硝酸盐浓度和温度对吸附的影响试验表明,当硝酸盐浓度较低时,改性活性炭对硝酸盐的吸附量随浓度的增加而快速增加,此时温度对改性活性炭的吸附几乎没有影响。随着浓度的升高,吸附量增长速率逐渐缓慢且在高浓度时会存在吸附量降低的情况,此时温度对改性活性炭的影响较大。pH对吸附的影响试验表明,在酸性条件下,大量的H⁺中和活性炭表面的负电荷,使表面净正电荷所占比例更高,原活性炭与改性活性炭对硝酸盐的吸附效果较好。而在碱性环境中,过量的OH^-会与NO₃^-形成竞争吸附,使活性炭吸附硝酸根离子受阻。改性活性炭吸附氨氮、硝酸盐氮和磷酸根的影响试验表明,与NO₃^--N同为阴离子的PO₄^3--P存在竞争吸附。水厂污泥改性活性炭对NH₄⁺-N几乎没有吸附,而氯化锌改性活性炭对NH₄⁺-N有吸附现象。吸附动力学试验表明,在吸附前期氯化锌改性活性炭的吸附速率更大,能较快地达到吸附平衡,而水厂污泥改性活性炭达到吸附平衡的时间较长。两种改性活性炭采用准二级动力学方程的拟合效果较好,相关系数R²均达到0.99以上。在硝酸盐浓度较低时采用准一级动力学方程的拟合相关系数R²也能达到0.9以上。Weber-Morris粒内扩散模型的拟合结果表明,内部扩散吸附不是整个吸附过程的控制性步骤,改性活性炭对硝酸盐的吸附主要发生在液膜扩散阶段。Bangham孔道扩散模型的拟合结果同样表明孔道扩散吸附不是主要吸附过程。等温吸附试验表明,Langmuir等温吸附模型对改性活性炭吸附硝酸盐的过程拟合效果最好,相关系数均在0.99以上,Freundlich和Temkin吸附等温吸附模型的相关系数在0.90左右。水厂污泥改性活性炭和氯化锌改性活性炭的Langmuir理论饱和吸附量最大值分别为2.75mg/g和2.15mg/g。符合Langmuir等温吸附模型表明改性活性炭吸附硝酸盐为表面单分子层吸附,k₁为正值表明吸附为自发反应。吸附热力学分析表明,两种改性活性炭对硝酸盐的吸附具有自发特性,吸附过程是熵增和放热的,且物理吸附是主要吸附机理。