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重金属因其高毒性和高污染风险给水源地水质安全与城市饮用水安全保障带来严重威胁。针对我国北方寒冷地区地表水中低浓度(<0.5 mg/L)重金属离子的污染问题,传统化学还原/混凝沉淀及膜处理技术的性能较差。吸附法则具有较高的去除效率、化学污泥减量化、操作简便、低温适应能力强等优点,而被广泛应用于应对低温地表水源水重金属污染。使用粉末活性炭(PAC)吸附水中重金属离子时,现有PAC存在吸附选择性差、吸附容量低及抗干扰性较差等不足,大部分吸附容量被水中有机物污染物所饱和,造成了资源浪费。因此,本研究中针对我国北方寒冷地区低温低浊水特点,以突发污染风险较高Cr(VI)为典型污染物,根据影响粉末炭吸附性能的关键因素的特性,比较了酸、碱氧化改性和负载金属捕获剂等表面改性技术,选择制备高效吸附低浓度Cr(VI)的PAC表面改性技术,旨在显著提高PAC对水中低浓度Cr(VI)离子的吸附容量、吸附速率和吸附选择性。本研究中设定原水中Cr(VI)初始浓度为0.50 mg/L,环境温度为2℃,使用的原始粉末活性炭标记为HNC。采用了硝酸氧化改性、氢氧化钠氧化改性及负载食品级单宁酸改性等方法对HNC进行改性,改性后的粉末活性炭分别标记为:N-HNC、H-HNC和TA-HNC。对三种改性粉末炭的物理及表面化学性质的表征结果表明,TA- HNC的比表面积、总孔容积和表面极性大小最佳。投加量试验结果表明TA-HNC对低温水中低浓度Cr(VI)和总铬的吸附性能最好。当TA-HNC投加量为50mg/L时,其对低温水中六价铬的去除率大于95%,总铬去除率大于90%。因此,本研究中选定表面负载食品级单宁酸改性为最佳改性方法。通过正交试验极差分析确定了TA-HNC的最佳制备条件:单宁酸浓度为15 mg/L,溶液pH值为4,改性温度为40℃,改性时间为9 h。在此条件下制备TA-HNC,并进行了吸附容量试验和吸附动力学试验。吸附容量试验结果表明,TA-HNC吸附低温水中低浓度总铬最佳反应pH值为4.0,最佳投加量为50 mg/L。Freundlich双参数吸附等温式对TA-HNC吸附水中低浓度总铬的试验数据拟合效果最好(R2=0.9941)。通过Langmuir(I)吸附等温式计算得到的最大总铬吸附容量为5.187 mg/g。三参数模型能更好的拟合总铬吸附等温线(R2>0.99)。动力学试验结果表明,TA-HNC对水中总铬的吸附符合Lagergren二级动力学模型,关键控速步骤为吸附反应阶段。针对水中大量存在的天然有机物,本研究中考察了不溶性(IHA)和可溶性(SHA)腐殖酸对TA-HNC吸附低温水中低浓度Cr(VI)的影响。试验结果表明,IHA与TAHNC组成的复合吸附剂体系(IHA-TAHNC)对水中Cr(Ⅵ)的吸附效果受到原水初始pH值的强烈影响,但最佳pH值范围较单独使用TA-HNC时变宽。在较低pH条件下,氧化还原作用是IHA-TAHNC与Cr(Ⅵ)之间的主要作用,并伴随着Cr(Ⅲ)的吸附作用。三维荧光光谱和红外光谱技术分析表明,原水中SHA浓度的增加将有助于提高TA-HNC对水中Cr(Ⅵ)及总铬的去除效率,并且SHA优先参与了Cr(Ⅵ)的还原作用。