目前传统污水生物处理技术存在剩余污泥产量大、经济和占地成本高等弊端,新型生物处理技术近年来被广泛研究并逐渐应用于实际污水处理厂中,前景巨大。本研究分别以好氧颗粒污泥（AGS）和厌氧氨氧化（Anammox）系统为对象,以碳材料在水处理领域中可作为优良吸附剂为理论基础,尝试将不同碳材料投加到新型生物处理技术中,通过对比实验探究碳材料的添加对污水生物处理技术的生物脱氮性能的强化效果,以期通过载体与生物处理系统的联合应用,达到提高生物处理系统脱氮效率的目的。（1）氧化石墨烯对好氧颗粒污泥的脱氮性能影响研究氧化石墨烯（GO）被广泛应用于各领域,难以避免的最终暴露于水环境中。利用SBR反应器,设置不同浓度（0、50、100、150、200 mg/L）GO,探究其对好氧颗粒污泥的脱氮性能、毒害水平及微生物群落结构的影响。结果表明,石墨粉经高级氧化后制备的氧化石墨烯具备表面光滑的片层结构,含有多种含氧官能团,层间距增大。在短期暴露时间（5 d）内,各浓度GO条件下均可促进好氧颗粒污泥的硝化过程,尤其200 mg/L条件下,1.5 h内氨氮（NH4+-N）去除率89.8%,高于对照组（77%）。同时,GO浓度>100 mg/L时乳酸脱氢酶（LDH）释放水平存在显著性差异,短期GO暴露对胞外聚合物（EPS）含量影响较小。长期暴露后（30 d）,高浓度GO对好氧颗粒污泥的硝化进程具有抑制作用,微生物酶活性表现出相似的变化趋势,200 mg/L GO条件下AGS中的氨单加氧酶（AMO）活性为0.146μg NO2--N/（min·mg protein）,远低于对照组0.21μg NO2--N/（min·mg protein）。第30天,200mg/L GO的LDH释放量比对照组提高48.04%,EPS含量降低30.06%,说明高浓度氧化石墨烯对AGS有毒害作用。但50 mg/L GO未对AGS系统产生有害影响,即使在长期暴露条件下,也可对生物脱氮有一定的促进作用。微生物细菌对不同浓度氧化石墨烯的刺激响应不同,硝化螺旋菌属（Nitrospira）对高浓度GO有一定的耐受性。（2）生物炭及铁改性生物炭强化厌氧氨氧化系统脱氮性能研究针对厌氧氨氧化工艺目前存在的生物截留率低,厌氧氨氧化菌（An AOB）世代周期长等弊端,本研究旨在通过添加生物炭和铁改性生物炭达到强化厌氧氨氧化系统脱氮性能的目的。以浒苔为原料高温热解制备生物炭,结果表明生物炭具有多种官能团和排列规则紧密的多孔组织,经过铁负载改性的铁改性生物炭的比表面积更大,X射线衍射光谱（XRD）表明铁改性后的生物炭含有赤铁矿。通过批次实验确定不同Fe:C负载质量比的材料（1:40、1:10、1:5、1:2、1:1）对厌氧氨氧化系统的促进效果。结果表明,Anammox系统脱氮效率随着Fe负载量的增加先增高后降低,当Fe:C质量比为1:10时,强化Anammox系统性能最好,总氮去除率可达80.88%。其次,通过设置不同铁改性生物炭（Fe:C=1:10）投加量（0 g/L、5 g/L、10 g/L、20g/L）,确定对Anammox系统最适的浓度。结果表明,5 g/L和10 g/L的铁改性生物炭浓度均可促进Anammox系统脱氮,总氮去除率分别为78.74%和73.54%,高于对照组（70.11%）,而添加20 g/L的总氮去除率略低于对照组,为68.73%。确定最适Fe:C质量比和最佳投加量后,进行长期稳定运行实验,设置空白对照组（CK）、生物炭组（BC）、铁改性生物炭组（Fe BC）,逐步提升氮容积负荷（NLR）,探究添加不同材料对Anammox的强化效果。结果表明,与对照组相比,添加BC和Fe BC都可以促进NH4+-N和NO2--N的去除,强化系统脱氮效果。在整个运行过程中,BC和Fe BC的平均氮去除负荷（NRR）分别为0.367 kg/（m~3·d）、0.364 kg/（m~3·d）,明显高于CK的NRR为0.346 kg/（m~3·d）。通过计算化学计量比得出,Fe BC对去除NO2--N有优势。比厌氧氨氧化活性（SAA）显示添加BC和Fe BC可提高厌氧氨氧化菌的代谢活性。EPS表明生物炭和铁改性生物炭材料的添加不会使系统蛋白质（PN）和多糖（PS）含量增高。总体而言,应用生物炭和铁改性生物炭材料可以成功达到强化Anammox脱氮性能的目的。