近年来，我国地表水普遍受到不同程度的污染，尤其是水体富营养化严重，影响水体功能与社会环境。碳素纤维是一种新型的环境材料，目前在水处理领域逐渐得到重视。本论文针对我国水环境污染现状和特征，对碳素纤维开展应用研究，主要研究碳素纤维对水质的净化特征与机理及污染物去除影响因素；碳素纤维生物膜对藻类数量与群落结构的影响，尤其是对蓝藻爆发的抑制效果；开发一种生物膜与铁碳微电解协同脱氮除磷新方法。（1）通过利用碳素纤维对城市黑臭河流挂膜去除污染物实验发现，碳素纤维表面三天形成成熟生物膜，碳素纤维挂膜启动快、生物相丰富，体现了生物亲和性的特点。碳素纤维生物膜处理富营养化河水，浊度、总氮、总磷、氨氮去除效果好，其去除率分别可达90%、40%、60%、98%。总氮与浊度（r=0.912，P<0.01）、总磷与浊度（r=0.918，P<0.01）都是显著性正相关，分析结果表明总氮、总磷的去除机制主要是碳素纤维对颗粒悬浮态污染物的吸附作用。磷酸盐磷的浓度与硝酸盐氮的浓度有显著的相关性（r=0.856，P<0.01），这可能是生物膜外部好氧、内部厌氧环境造成的。（2）利用河流原位布置成熟的碳素纤维生物膜考察污染物去除影响因素实验发现，酸性环境对氨氮、总磷去除效果影响大，pH为5时氨氮与磷的去除被完全抑制，而碱性环境对总有机碳去除影响大，偏碱性条件有利于污染物的去除。pH为7~8、溶解氧浓度为5~5.8mg/L、停留时间为6~8小时是去除污染物较佳的反应条件。添加碳源对氨氮去除率没有影响，但能显著提高总氮、总磷、总有机碳的去除效果。（3）对布置碳素纤维的水体进行藻类监测分析，发现碳素纤维形成生物膜对蓝藻有抑制作用并能改变藻类的种群结构和丰富生物多样性。在试验条件下，对照水体蓝绿藻迅速生长，并很快蓝藻爆发，蓝藻平均密度所占比例为47.2%。碳素纤维处理水体蓝藻细胞密度低，平均所占比例仅为22.4%，且达最大的时间比对照水体延迟6天。CF水体藻类生物多样性要优于对照水体，碳素纤维处理水体以硅藻占优且优势种是具槽直链藻，而对照水体主要以蓝藻占优，且优势种为小颤藻。（4）设计构建铁碳微电极，利用碳素纤维作为生物膜载体同时又作为微电解电极材料进行协同脱氮除磷的新方法对河水净化效果表明，铁碳微电解对生物膜脱氮性能影响不大，但能显著提高总磷和总有机碳的去除效果。铁碳微电解处理后出水总磷平均浓度低于0.1mg/L，总磷平均去除率从23.0%提高到93.3%，去除率提高约70%；TOC的平均去除率从24.7%提高到37.5%，去除率提高约13%。铁碳微电解对总磷的去除稳定，但对TOC的去除效果有一个最大值，去除率先升高后下降，这可能与电解反应的进行程度有关。