剩余活性污泥（waste activated sludge,WAS）是废水生物处理过程中的次生污染物,主要由增殖细菌组成。WAS具有高含水率的特点,一般可高达99%,这使得菌体难以收集和处置,因此脱水减容是WAS处理的第一步,也是目前的技术难题。石墨烯材料及其衍生物具有良好的力学、电学性能和高比表面积的特点,但目前在环境治理领域的应用技术研究还比较有限。因此,本研究依据微生物对氧化石墨烯（GO）还原以及二者自发团聚形成生物石墨烯水凝胶（bio-grap hene-hydrogel,BGH）的特性,开发利用BGH富集细菌实现WAS脱水减容的分离技术,并且通过3株希瓦氏菌深入剖析BGH形成的机理,主要的研究结果如下:利用改良Hummers法制备GO溶液,测量其密度。将取自二沉池的WAS驯化7天后,按WAS和GO的质量干重比0.4将二者混合,在培养基中静置3天形成黑色水凝胶,命名为污泥石墨烯水凝胶（waste activated sludge-graphene-hydrogel,WGH）,以区别于单一菌株形成的BGH。利用傅里叶红外（FTIR）、X射线能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和X射线衍射（XRD）证明了 GO被WAS中的细菌还原。WGH的体积缩减到初始WAS溶液的12%左右,表明本实验方法可以使原始WAS溶液达到88%的减容率。流变性测试证明了 WGH具有一定的机械强度,利于污泥减容后的收集。将相同质量的WAS菌体分别制成WGH和留作对照,结果表明,在104℃下,WGH比WAS的烘干时间减少了 60%;热重分析表明WGH在加热过程中会比WAS释放出更多的热量;其次,通过测量热量,WGH的热值为6718.57 J/g,而WAS的热值为5244.731 J/g。热学测试表明,WGH拥有良好的热学性质,是一种潜在的优良的助燃材料。通过和传统的离心处置方式相比较,本文中的方式在收集难易,处置效果,后续利用上都具有优势。选用活性污泥中三种典型的电活性微生物希瓦氏菌Shewanella xiamenensis BC01（BC01）、Shewanella putrefaciens CN32（CN32）和Shewanella oneide nsis MR-1（MR-1）与GO进行混合静置培养,结果分别是5天形成BGH,6天形成BGH和不能形成BGH。通过扫描电镜（SEM）证明三株细菌的形态差别不大。通过FTIR、XPS、Raman和XRD表征发现三株细菌还原GO的程度不同,还原能力强弱顺序为BC01＞CN32＞MR-1,细菌还原能力与BGH形成效果成正相关。添加细胞色素C抑制剂后,BC01不能继续和GO形成BGH,选择添加了两种电子穿梭体:核黄素和铁氰化钾后,MR-1与GO反应有BGH的生成,证明细菌胞外电子传递（extracelluar electron transfer,EET）能力也与BGH形成过程正相关。利用循环伏安法和差分脉冲伏安法对BGH体系进行电化学测试,结果表明,细胞色素C能极大地抑制希瓦氏菌的电化学活性而电子穿梭体能有效地增强细菌的电学性能,进一步证实了 EET与BGH形成的正向联系。此外,提取三种细菌的胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）,发现三种EPS的疏水性强弱顺序为BC01＞CN32＞MR-1,也和BGH形成趋势一致,这表明BGH形成是细菌的EET性能和EPS疏水力的共同作用。通过对希瓦氏菌与GO形成BGH的机理解释,为今后更好地理解和利用WGH实现WAS脱水减容提供了理论依据和技术支撑。