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目前我国水资源短缺与水污染问题并存,地表水污染情况依旧严峻,保护水资源、改善水环境,提高水处理效率刻不容缓。市政污水多处于微污染状态,为贫营养环境,致使许多工程上常用的生物膜载体出现微生物活性降低、水处理能力下降的问题。因此,急需探寻、研制一种高效稳定的生物膜载体材料。碳纤维具有生物相容性及柔韧性,具备作为生物膜载体的条件,但碳纤维表面光滑、亲水性差,不利于生物膜的挂膜。为使碳纤维成为具有高效性、稳定性的优良生物膜载体材料,可对碳纤维进行表面改性。本论文主要通过XPS、静态接触角等测试手段,分析了碳纤维表面元素种类、亲水性等对好氧生物膜的影响,以及碳纤维生物膜载体在贫营养水体中的水质净化能力,探索了碳纤维生物膜挂膜机理。为碳纤维生物膜载体材料的改性方向提供理论依据,并验证了其应用于市政污染水中的可能性。本论文还首次利用有机铁对碳纤维进行表面改性,制备出性能优良的碳纤维生物膜载体材料。研究表明：以工程中常用的聚丙烯纤维(PPF)为对比,碳纤维载体生物膜系统的COD、氨氮去除率高达97.3%、92.0%,较PPF载体分别提高1.4%、6.6%。在贫营养水体中,PPF生物膜系统出现COD、氨氮去除率下降的现象,而碳纤维载体的COD、氨氮去除率不降反升,较PPF载体分别提高11.9%、5.6%。碳纤维还具有较好的抗微生物损耗能力,重复使用率高,可应用于市政污水处理中。碳纤维表面含氮量对生物膜有一定影响,表面含氮量高的碳纤维载体生物膜系统的COD、氨氮去除率较高,稳定性好,特别对脱氮性能有明显的促进作用；碳纤维表面氮含量的不同对生物膜系统的除磷性能影响不大。采用草酸亚铁、柠檬酸铁对碳纤维进行表面改性,有机铁改性后碳纤维表面的粗糙程度显著提高,亲水性得到极大改善,载体生物膜量大大提高,分别是未改性碳纤维载体的3.3倍、3.2倍,COD、氨氮、TP的平均去除率显著提高,分别为97%、96%、97%,94%、93%、95%；在贫营养水体中,出水COD值分别在11mg/L、12mg/L左右,远低于国标GB 18918-2002一级A排放标准,均符合地表水环境质量标准GB3838-2002中的Ⅰ类。其中草酸亚铁改性碳纤维载体表现出优异的脱氮性能,柠檬酸铁改性碳纤维载体具有较好的除磷性能。