水体中氮磷浓度过高引起富营养化,导致水华暴发、低氧等一系列水环境问题,因此,人们越来越关注水体脱氮除磷的新方法。电化学技术是一种有效的脱氮除磷方法,具有高效、清洁、稳定等优势,在工业废水处理中得到广泛应用。传统电解方法由于其电解反应面积小,单体处理量小,处理污染物浓度不高的自然水体存在一定难度。针对这一问题,本研究尝试构建石墨烯改性陶粒电解反应器（G-CER）来提高氮磷污染物处理效果。首先以重污染河道疏浚底泥为原料高温烧结制备陶粒,并对其进行石墨烯改性,继而将镀铱钌的钛电极作阳极、钛电极作阴极、石墨烯改性陶粒作填料兼第三极,构建电解反应器处理水体中的氮磷污染物。研究石墨烯改性陶粒电解反应器对氮磷污染物的净化效果,探索其去除机理,并计算应用过程中的电耗。主要研究结论如下:1.采用污染河道疏浚底泥高温烧结制备陶粒,通过响应面分析确定底泥陶粒最优制备条件为:烧结时间14 min、烧结温度1025℃、Al2O3添加量8.10%。底泥陶粒对水体中磷具有较好的吸附能力,吸附过程符合Langmuir模型,遵循伪一级动力学。采用浸渍涂覆的方法对陶粒进行石墨烯改性,提高其导电性能。2.批式试验条件下,G-CER对氨氮去除率为90%,硝态氮去除率为98.5%,氨氮去除能力强于未改性陶粒电解反应器和无陶粒电解反应器。由于石墨烯改性陶粒具有良好的电子传递能力,在催化氧化氨氮过程中,能够减少氨氮氧化为硝态氮,形成气态含氮物的转化率可达90.14%;石墨烯涂覆的表面吸附/脱附效应能够减少传质阻力对吸附和表面结合的不利影响,提高硝态氮还原速率,催化还原硝态氮生成气态含氮物的转化率为90.04%,因此G-CER具有较好的脱氮效果。G-CER脱氮速率与污染物初始浓度有关,氨氮、硝态氮初始浓度越高,电化学催化去除速率越大。G-CER连续处理模拟河水和实际河水的结果发现,延长水力停留时间会增加氨氮、硝态氮与电极接触时间,从而提高电解处理效果。3.G-CER能稳定去除河水磷酸盐,去除率为91.0%,其主要的去除途径为陶粒提供Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe2+等金属离子产生絮凝沉淀。对絮凝沉淀进行表征分析发现其为无定形结构,主要成分为磷酸钙、磷酸铝、羟基磷酸钙以及钙、镁的碳酸盐组分。处理实际河水时钛阴极出现结垢,主要成分为碳酸钙、碳酸镁、磷酸钙、磷酸镁和羟基磷酸钙。4.石墨烯改性陶粒电解反应器处理河水后,陶粒上细菌多样性研究结果表明,变形菌门（Proteobacteria）是电解反应器中的绝对优势种,相比于未改性陶粒,石墨烯改性陶粒上细菌数量有所增加,细菌多样性有所提高。同时细菌在生长、繁殖和代谢过程中通过吸收同化和反硝化实现氮磷污染物的去除。此外,在实际河水处理中,陶粒填料表面有利于Methylophilus、Hydrogenophaga、Pseudomonas、Flavobacterium等反硝化细菌的生长,增强了反应器自养/异养反硝化菌脱氮能力。5.与无陶粒电解反应器相比,G-CER去除实际河水中单位总氮所需能耗减少57.14%。实验发现采用石墨烯改性陶粒作为填料构建的电解反应器能够有效减少电能消耗,从而降低处理成本。