随着社会经济的飞速发展，碳纳米材料的应用日趋广泛，其对人类健康及生态环境的潜在负面影响也引起了科学界及政府部门的关注；生物处理是目前废水处理的重要手段之一，在城市污水和工业污水处理中具有非常广泛的应用前景。当碳纳米材料释放到环境中，就可随着环境介质迁移进而出现在污水处理系统中，因此，阐明碳纳米材料的环境效应和对污水处理工艺的影响，是十分重要和迫急的。本文系统研究了两种碳纳米材料，单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes,SWNTs）及富勒烯C₆₀对废水处理反应器中的微生物聚集体的影响，探索了其对反应器运行以及微生物生化特性的变化，深入探讨了胞外聚合物（Extracelluarpolymeric substances, EPS）与碳纳米材料间的相互作用，取得了以下研究结果：1.通过监测SBR中活性污泥的生化特性及种群结构的变化，综合考察了富勒烯C₆₀对活性污泥影响。研究结果表明：加入C₆₀水悬液后污泥耗氧速率变化经过迅速上升、短暂平稳、急速下降、缓慢下降、稳定五个阶段，C₆₀水悬液对污泥耗氧速率变化过程无显著影响。实验组与对照组污泥对氨氮的去除率均为95.5%，对总有机碳的去除率分别为67.7%和66.7%。结果显示C₆₀水悬液短期内对活性污泥氨氮去除、总有机碳降解均无显著影响，PCR-DGGE结果表明C₆₀水悬液的处理在短期内没有引起活性污泥微生物种群结构的改变。2.用美国国家环保局标准分析方法结合化学分析、仪器分析手段，研究了单壁碳纳米管对活性污泥的呼吸抑制作用。结果表明：SWNTs对活性污泥有呼吸抑制作用，并且随着SWNTs浓度的增加呼吸抑制作用增强；SWNTs对糖类、蛋白具有很强的亲和性，加入SWNTs后活性污泥产生的溶解性微生物产物大部分被SWNTs吸附。污泥絮体表面负电荷增加，zeta电位向负方向增大，导致污泥絮体沉降性变差；SWNTs对反应器运行及处理效果无显著影响。3.从热力学和动力学角度系统地研究了单壁碳纳米管（SWNTs）对污泥胞外聚合物（EPS）的吸附作用，阐述了SWNTs对微生物EPS吸附机制。研究发现：碳纳米管对污泥EPS的吸附过程符合Lagergren动力学模型和Langmuir吸附模型；SWNTs的表面和内部孔腔之间形成的孔束为EPS的有效吸附位点，吸附过程中EPS分子内形成氢键以降低吸附位阻，SWNTs与EPS间的π-π作用也是吸附的主要原因之一。pH对吸附有较大影响，最佳吸附pH为5-7。