随着社会经济的迅速发展和城市人口的快速增长,城市用水量逐年增加,污水处理量也迅速增加,由此也产生了大量的剩余污泥。剩余污泥是现阶段净水厂和污水厂生产过程中不可避免的副产物,具有臭味重、产量大、成分复杂(如含有重金属、难降解有机物、致病微生物和N、P等营养元素)等特点。因此,剩余污泥具有易腐变臭、污染土壤、影响环境卫生状况、破坏城市景观、导致水体(含地下水和地表水)淤积加剧等危害。此外,污泥中的重金属和有毒有机物也可通过食物链进行迁移、富集,对人体健康和生态环境存在长期危害。传统的污泥处置方法,如焚烧、卫生填埋、海洋倾倒及土地利用等,易对土壤和水体(湖泊、河流和海洋等)造成污染。污泥中的毒害物质若得不到合理化处置,将会使其毒害范围扩大,给人类与生态环境带来不利影响。更重要的是,污泥中的有机物和营养物质得不到有效利用,也是一种资源浪费。因此,近年来污泥的减量化和资源化利用成为研究热点。基于上述考虑,本研究以污泥作为主要原材料,采用高温热解法制备出了一种新型的污泥基催化微电解填料(CMEF),确定了污泥基催化微电解填料的最佳制备条件,以四环素为目标污染物研究了CMEF对废水中有机物的降解性能,并系统讨论了CMEF去除四环素的机理。通过上述研究,本文主要得到如下结论:(1)本文以污泥、粘土质量和还原性铁粉为原料,成功制备了污泥基催化微电解填料(CMEF);并采用正交实验对污泥基催化微电解填料的制备条件和原料配比进行了优化,得到其最佳制备条件为:烧结温度950℃、污泥质量20g、粘土质量20g、还原性铁粉质量10g,即3种原料的质量比为:2:2:1。同时,也在同样条件下制备了不含还原铁粉的污泥基滤料(SCF)。(2)采用BET、FTIR、SEM、TEM、XRD和XPS等方法对SCF和CMEF的形貌特征以及化学特性进行了表征。结果表明:两种填料均含有丰富的表面官能团,具有吸附和氧化有机污染物的潜能;还原性铁粉的加入,降低了滤料的比表面积,CMEF比表面积仅为SCF的一半左右;CMEF表面粗糙、松散、有空隙,伴有较明显的颗粒聚集现象;此外,由XPS的分析结果可知,CMEF中含有零价、二价和三价三种价态的铁元素(Fe)。(3)本研究以四环素为例,研究了SCF和CMEF对有机污染物的降解性能。结果表明:质量相等的两种填料处理初始浓度为100mg/L的四环素(TC)水溶液,发现CMEF和SCF对四环素的去除率分别为99.9%和83%,反应达到平衡的时间分别为2.5h和3h,即CMEF对四环素的去除率明显高于SCF;结合对CMEF和SCF对四环素的去除动力学以及两者的特性分析结果,可以证实SCF对四环素的去除主要以吸附为主,而CMEF对四环素的去除则除了物理/化学吸附之外,还存在其他降解途径。(4)由对CMEF和SCF对水溶液中四环素的降解产物分析,可以进一步证实:SCF比表面积较大且含有丰富的表面官能团,主要通过吸附作用将四环素富集于填料中;而CMEF中的还原性铁粉和污泥焙烧后形成的碳在四环素水溶液中可形成Fe/C原电池,对四环素的去除是吸附、微电解、催化等共同作用的结果。综上可知,以剩余污泥作为主要原料,通过添加还原性铁粉所制备的污泥基催化微电解填料对废水中的四环素具有较高的去除效率,结果证实剩余污泥制备高效水处理功能材料是可行的,由此也为废弃剩余污泥的资源化利用提供了一个新途径。