改革开放以来,沿海经济发展迅速,河口及近岸海域生态破坏和环境污染问题日益严峻。珠江流域是我国第二大流域,珠江河口是粤港澳大湾区核心区,区域内人口密集工业发达,在水安全方面面临诸多问题。诸如:由重金属、持久性有机污染物及微塑料等几大类污染物造成的水环境污染问题;由氮、磷等营养盐含量过高,使得水葫芦肆虐,造成的水生态问题。这些污染物对水质退化造成很大影响,当前自来水厂的处理工艺不能有效去除这些污染物,所以区域供水安全存在很大隐患。本论文以珠江河口为例,开展了河口及近岸海域生态破坏和复合污染的治理技术研究。首先,调查了珠江河口水葫芦空间分布及生物量等情况;现场采集样品并对微塑料、持久性有机污染物及重金属等污染物进行了测试分析,结合文献分析了污染物的空间分布及迁移转化规律,评估了其生态危害。接着,将水葫芦制备成水葫芦生物碳材料,并根据各类污染物的特性进行了水葫芦生物碳的改性制备;以改性水葫芦生物碳材料为核心,在以下三方面开展了污染物去除机理研究:（1）“夹心式”结构的纳米零价铁改性生物碳基材料（C-nZVI-BC）去除重金属;（2）“碳包覆四氧化三钴”改性生物碳材料（Co3O4/C-BC）协同高级氧化技术降解持久性有机污染物;（3）水葫芦生物碳膜-微生物膜体系去除水体微塑料复合污染。本文通过利用改性生物碳材料对多种污染物及复合污染物的去除技术及机理的研究,以期对河口复杂水环境问题的治理提供理论支撑及参考依据,为区域供水安全提供有力保障。水葫芦碳化可同时实现减污-降碳的双目标,有助于早日实现碳达峰和碳中和。其主要研究结果及分析结论如下:（1）以澳门海域为研究对象,采样并分析了重金属、持久性有机污染物和微塑料的含量及空间分布情况。重金属的污染程度依次为Cd＜Cr＜Pb＜Cu,其Cd均值为0.060μg/L;Cr均值为0.842μg/L;Pb均值为1.024μg/L;Cu均值3.138μg/L。CODCr均值为1.27 mg/L;BOD5均值为0.500 mg/L。沉积微塑料的丰度在50～500 particles/kg（d.w.）,均值为228.6 particles/kg（d.w.）,主要包含聚乙烯、聚丙烯、合成纤维、聚酯及聚酰胺等塑料制品。污染物的迁移主要受到涨潮时南海水质和退潮时虎门、磨刀门河口上游水质的影响。（2）水葫芦生物碳（BC）具有大的比表面积(278.56 m~2·g-1)、丰富的孔隙结构、大量的含氧官能团（OH、COOH等）和杂原子（N、O、S）,碳原子主要以非晶态形式存在。生物碳作为锂离子电池的负极材料时,表现出优良的导电性能和储Li性能,其中初始可逆比容量为697±4.3 m Ah·g-1(电流密度为50 m A·g-1),速率容量为229.7±0.9 m Ah·g-1(电流密度为3000 m A·g-1)。与商用石墨碳相比,水葫芦生物碳材料具有更好的循环稳定性和倍率性能。（3）制备了一种“夹心式”结构的水葫芦改性生物碳材料—壳聚糖（C）-纳米零价铁（nZVI）-生物碳复合材料（C-nZVI-BC）。壳聚糖的稳定化处理,使nZVI均匀的分布在BC骨架中,且有效抑制了nZVI氧化和团聚。C-nZVI-BC表现出较高的Cr（VI）去除量（82.2 mg/g）和去除率（97.34%）,远高于nZVI-BC（64.51%）和BC（21.52%）。6次的吸附-解吸实验,对Cr（VI）的吸附量仍保持在43.1 mg/g以上。C-nZVI-BC对Cr（VI）的去除过程包含络合作用、静电作用、吸附作用、还原作用及沉淀作用等机制。（4）制备了一种可激活过一硫酸钾（PMS）产生自由基降解持久性有机污染物（POPs）的水葫芦生物碳非均相催化剂—碳包覆四氧化三钴改性生物碳（Co3O4/C-BC）复合材料。有效抑制了Co离子的浸出,提高了复合材料的稳定性,同时也可提供更多的活性位点用于激活PMS和降解POPs。Co3O4/C-BC投加量为0.3 g/L,PMS剂量为1.0mmol/L,反应温度为30℃及不改变pH值的条件下,30分钟内可完全降解20 mg/L的POPs（双酚A、磺胺、甲基橙及罗丹明B）废水。6次循环降解实验后,Co3O4/C-BC/PMS体系对POPs的降解效率仍保持在92%以上。Co3O4/C-BC/PMS体系中产生了硫酸根自由基(SO4·-)和羟基自由基（HO·）,且在POPs降解过程中SO4·-自由基发挥主导作用。其中双酚A的降解路径为:异裂、羟基化、二羟基化、去甲基化、羰基化和开环等。Co3O4/C-BC/PMS体系对POPs的降解是一个吸附-催化氧化的协同过程。（5）构建了“水葫芦生物碳膜-自然微生物膜”体系。水葫芦生物碳膜具有良好的亲水性和稳定性;以绿藻微生物为主的生物膜,其总有机碳（TOC）值为0.622 mg C/L;有机碳以非极性碳为主;含有芳香环、羧基、甲基、亚甲基、羰基等官能团。利用该体系,首次实现了微塑料-Cr（VI）或者微塑料-四环素复合污染物的同步去除,可在3小时内去除大部分的微塑料及Cr（VI）和四环素。