生物炭在重金属污染水体修复中的应用受到科学界普遍关注。制备生物炭所需的原料特性及重金属的种类影响着生物炭对重金属吸附效能及机理。基于“以废治废”的研究理念,将市政污泥资源化利用以处理水体重金属污染,是具有前瞻性和挑战性的研究方向。蚓粪是蚯蚓处理有机废弃物后所产生的粪便,富含羧基、羟基及各种矿物质,具有较强的重金属吸附能力。目前应用蚓粪及其深加工产物处理水体中重金属的研究相对较少。本研究以蚯蚓处置市政污泥所产生的蚓粪为基础原料,经过厌氧热解制备生物炭,继而通过氧化及磁改性技术对生物炭进行活化改性。以蚓粪及其生物炭为吸附剂,通过静态吸附试验,结合模型拟合、光学、谱学及元素分析等手段,研究其对水溶液中Cd²⁺和Pb²⁺的吸附效能及吸附机理,得出以下结论:（1）污泥源蚓粪以介孔结构为主,孔隙为片状粒子堆叠形成的狭缝孔。p H为弱酸性,灰分含量高。所含官能团主要为OH、CH₂、芳香环（C=O、C=C或C-C）、酰胺、硝基化合物、碳酸盐（C=O和C-O）、硅酸盐（Si-O）及多糖类物质（C-O）、烯烃、醇类化合物及卤素化合物。溶液p H显著影响蚓粪对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效能,而溶液中Na NO₃浓度对其吸附Cd²⁺/Pb²⁺的影响不明显。常温下（25℃）蚓粪对Cd²⁺/Pb²⁺的最大吸附量分别为41.06和116.65 mg/g。随着溶液温度上升,蚓粪对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附效能明显增加。该吸附过程为自发性、吸热的单分子层化学吸附。CO₃^2-、C-F和OH在蚓粪吸附Cd²⁺的过程中起主要作用,CO₃^2-和OH在蚓粪吸附Pb²⁺的过程中起主要作用,生成的主要产物为Cd CO₃、Cd F₂、Pb CO₃及Pb（OH）₂。蚓粪吸附Cd²⁺的四种机理贡献大小依次为表面沉淀机理（Q_p）>含氧官能团络合机理(Q_{p H})>离子交换机理（Q_e）>其它机理（Q_o）,而吸附Pb²⁺的四种机理贡献大小依次Q_p>Q_o>Q_{p H}>Q_e。蚓粪吸附Cd²⁺和Pb²⁺的矿物作用所占百分比（表面沉淀与离子交换之和）分别为64.05%和70.19%,为其吸附过程的主导机理,其中表面沉淀作用占总机理的44.85%和63.76%。当溶液中同时存在Cd²⁺和Pb²⁺时,蚓粪首先吸附Pb²⁺,即Pb²⁺对蚓粪的亲和性大于Cd²⁺。（2）300、500及700℃下制备的蚓粪生物炭（VBC300、VBC500和VBC700）均呈团块状及粒状结构分布,孔隙为片状粒子堆叠形成的狭缝孔。比表面积随热解温度上升而增加,而平均孔隙直径随热解温度增加而下降。随热解温度上升,生物炭的得率降低,p H从中性变为碱性,灰分含量增加。C、N、H和O元素含量随热解温度增加而降低,而稳定性随热解温度增加而增加。所含的官能团的种类和含量较蚓粪明显下降。主要为OH、芳香环（C=O、C=C或C-C）、碳酸盐（C=O和C-O）、C=C、硅酸盐（Si-O）及多糖类物质（C-O）和卤素化合物。溶液p H显著影响生物炭对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效能,而溶液中Na NO₃浓度对吸附效果影响不显著。常温下（25℃）VBC300、VBC500和VBC700对Cd²⁺/Pb²⁺的最大吸附量分别为31.86/43.36、26.60/46.30和28.90/37.63 mg/g。随着溶液温度的上升,生物炭对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效能明显增加,该吸附过程为自发性、吸热的单分子层化学吸附。CO₃^2-、OH和C-F主要参与蚓粪生物炭对Cd²⁺的吸附过程,CO₃^2-、OH主要参与蚓粪生物炭对Pb²⁺的吸附过程,生成的主要产物为Cd CO₃、Cd（OH）₂、Cd F₂、Pb CO₃及Pb（OH）₂。蚓粪生物炭吸附Cd²⁺的四种机理贡献大小依次为Q_p>Q_e>Q_{p H}>Q_o。随热解温度从300℃升高到700℃,生物炭中所含矿物对Cd²⁺的贡献程度从61.48%增加到76.02%（离子交换作用的贡献率从28.20%减少到16.27%,表面沉淀作用贡献率从33.29%增加到59.75%）。含氧官能团络合机理贡献率和其它机理贡献率分别从21.64%和16.88%减少到13.79%和10.19%。蚓粪生物炭吸附Pb²⁺的四种机理贡献大小顺序与吸附Cd²⁺相同。当热解温度从300℃升高到500℃时,生物炭中所含矿物对Pb²⁺的吸附贡献率从70.21%增加到80.35%,而当热解温度从500℃升高到700℃时,生物炭中所含矿物对Pb²⁺的吸附贡献率从80.35%变化到79.55%,变化幅度极小。在热解温度从300℃升高到700℃过程中,离子交换作用的贡献率从21.31%减少到13.97%,表面沉淀作用贡献率从48.90%增加到65.59%。当热解温度从300℃升高到500℃时,含氧官能团络合贡献率和其它机理的贡献率分别从19.97%和8.49%减少到12.55%和7.09%。而当热解温度从500℃升高到700℃时,含氧官能团络合的贡献率从12.55%略微升高至13.48%,其它机理的贡献率基本未发生变化。当溶液中同时存在Cd²⁺和Pb²⁺时,蚓粪生物炭首先吸附Pb²⁺,即Pb²⁺对蚓粪生物炭的亲和性大于Cd²⁺。（3）KMn O₄氧化改性使Mn O₂成功负载到蚓粪生物炭上。所制得的改性生物炭以介孔结构为主,孔隙分布较均匀。平均孔隙直径低于原生物炭,而比表面积高于原生物炭。p H为强碱性,p H_IEP略低于原生物炭。经过KMn O₄改性处理,KBC300中增加了酰胺或硝基化合物,KBC700中增加了芳香环（C=C和C=O）,所含其它官能团与未改性生物炭基本一致。溶液p H显著影响KMn O₄改性生物炭对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效能,而溶液中Na NO₃浓度对吸附效果影响不显著。改性后的生物炭对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附量均明显增加,其中常温下（25℃）KBC300、KBC500和KBC700对Cd²⁺/Pb²⁺的最大吸附量分别增加了58.35%/116.40%、132.26%/186.33%及88.65%/223.49%。随着溶液温度上升,KMn O₄改性蚓粪生物炭对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效能增加,该吸附过程为自发性、吸热的单分子层化学吸附。CO₃^2-、OH和Mn O₂主要参与KMn O₄改性蚓粪生物炭对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附过程,生成的主要产物为Cd CO₃、Cd（OH）₂、Pb CO₃及Pb（OH）₂。相比于原生物炭,经KMn O₄改性处理后,生物炭吸附Cd²⁺的几种机理中,其它机理占总吸附机理的比重大幅增加,含氧官能团络合机理大幅降低,表面沉淀机理略微增加,而离子交换机理几乎无变化。生物炭吸附Pb²⁺的几种机理中,表面沉淀机理和其它机理占总吸附机理的比重增加,而离子交换和含氧官能团络合机理降低。KMn O₄改性明显增加了蚓粪生物炭对Cd²⁺和Pb²⁺的亲和力。当溶液中同时存在Cd²⁺和Pb²⁺时,KMn O₄改性蚓粪生物炭首先吸附Pb²⁺,即Pb²⁺对KMn O₄改性蚓粪生物炭的亲和性大于Cd²⁺。（4）磁化改性使Fe₃O₄成功负载到生物炭上。磁改性蚓粪生物炭（MBC）以介孔结构为主,比表面积略低于KMn O₄改性生物炭,孔隙多为片状粒子堆叠形成的狭缝孔。饱和磁化强度为29.12 emu/g,具备超顺磁性。p H为碱性,灰分含量高,所含官能团与未改性前基本相同。溶液p H显著影响MBC对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效能,而溶液中Na NO₃浓度对吸附效果影响不显著。常温下（25℃）MBC对Cd²⁺/Pb²⁺的最大吸附量分别为59.49和127.07 mg/g。其对Cd²⁺/Pb²⁺的最大吸附量较未改性前略微降低。随溶液温度上升,MBC对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附量增大,该吸附过程为自发性、吸热的单分子层化学吸附。CO₃^2-、OH、Mn O₂和Fe₃O₄主要参与MBC对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附过程,主要生成Cd CO₃、Pb CO₃和Pb O。MBC吸附Cd²⁺的四种机理贡献大小依次为Q_p>Q_o>Q_e>Q_{p H},其中沉淀作用所占百分比为52.21%,其它机理为25.37%,离子交换和含氧官能团络合机理所占百分比分别为17.25%和5.17%。MBC吸附Pb²⁺的四种机理贡献大小依次Q_p>Q_o>Q_{p H}>Q_e,其中沉淀作用所占的百分比为62.53%,其它机理为19.38%,离子交换和有机官能团络合机理所占百分比分别为10.71%和7.38%。MBC吸附Cd²⁺和Pb²⁺的矿物作用所占百分比（表面沉淀与离子交换之和）分别为69.46%和73.24%,为其吸附过程的主导机理。当溶液中同时存在Cd²⁺和Pb²⁺时,MBC首先吸附Pb²⁺,即Pb²⁺对MBC的亲和性大于Cd²⁺。应用0.2 mol/L的HCl对MBC洗脱后发现,MBC对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附效果最优,洗脱5次后MBC对Cd²⁺/Pb²⁺的吸附量分别为未洗脱时的64.75%和76.17%。表明MBC在吸附Cd²⁺/Pb²⁺后具有高效的再生能力,可实现其高效循环利用。