碳黑是一种性质稳定、基质复杂、具有类石墨或芳环等结构的一类含碳的黑色物质,其具有无味、不可溶、无毒性、比表面积大、易获取、成本低等特点。活性炭是一种水处理常见的吸附剂,但其成本较高、生产工艺复杂,限制了其大规模使用。本论文以市售粒径2-5 nm的碳黑为材料,研究其在水处理除藻、助凝、吸附等方面的性能。在除藻性能方面,分别考察了碳黑投加量及pH对除藻效率的影响。实验结果表明,酸性及中性条件更利于除藻,增加碳黑投加量能提高碳黑对藻及其胞外聚合物的去除。在投加0.05 g碳黑、pH=5时,除藻效率率可达到86%,与活性炭除藻效率没有明显差别。在助凝方面,考察了碳黑投加量、投加顺序及pH条件对含腐殖酸(HA)的低浊水助凝效果。结果表明,碳黑作为助凝剂使用时,对原水的浊度和HA的去除效率相比于单独使用聚合氯化铝(PAC)时分别提高了60%和42%。碱性条件更利于浊度的降低,在投加10 mg碳黑,pH=9时,浊度去除率为91.2%。碳黑与PAC的投加顺序对其去除HA有较大影响,在PAC投加前或投加后加入碳黑对HA均有较好的去除效果,PAC与碳黑同时投加对HA的去除效果较差。碳黑投加顺序对浊度去除的影响较小。碳黑与活性炭在助凝效果方面没有显著差别。通过静态吸附实验探究了碳黑对三氯生(TCS)和三氯乙酸(TCAA)的吸附性能。系统的考查了初始浓度、温度以及pH对碳黑吸附有机污染物性能的影响并将吸附过程进行了吸附动力学、吸附热力学和吸附等温曲线分析,对其吸附机理进行了研究。结果表明,随着有机污染物初始浓度的升高,在低温酸性条件下碳黑的吸附能力增强,对于初始浓度为2 mg/L的TCS和800μg/L的TCAA的最大吸附量可达到18.65 mg/g和7.58 mg/g,并对比了活性炭的吸附性能。吸附过程符合准二级吸附动力学,吸附等温线符合Freundlich等温模型,属于表层吸附,热力学分析结果表明碳黑对有机污染物的吸附是自发进行的放热过程。建立了基于碳黑的固定床装置动态去除TCS,并对固定床工艺进行了探究。重点评估了初始浓度、床高以及进水浓度对去除效果的影响,使用模型拟合了固定床的穿透曲线。实验结果表明,随着床高的增加、进水流速的减小或TCS初始浓度的降低,穿透时间增加,在4.2 mm床深、2 mL/min进水流速、0.5 mg/LTCS初始浓度条件下,碳黑固定床穿透时间为14.33天。BDST模型、Thomas模型和Yoon-Nelson模型均可以很好拟合穿透曲线。