随着与社会对水资源节约与保护意识的增强,污水不再局限于达标排放,而是需要满足中水回用和生态补水的需求。采用铁基生物炭填料垂直流人工湿地系统，以解决污水的再生与回用能够有效解决我国长期存在的水资源短缺问题,同时能减轻下游水体污染、保护生态环境。下一步我们详细讲解铁基生物炭填料垂直流人工湿地的实际效果和得到的结论。
 人工湿地是一种“绿色”并且亲近自然的处理技术,具有建设成本低、运行稳定、维护简单等优点。然而,传统的人工湿地系统对营养元素(氮、磷)没有很好的去除效果,并且不能充分发挥基质填料的功能。此外,污水厂二级出水中,往往存在着低C/N比,硝酸盐浓度高的问题。通过功能基质“铁基生物炭填料”强化垂直流人工湿地系统的自养反硝化能有效解决此类问题。
 基于此,本研究在传统垂直流人工湿地中引入海绵铁与生物炭复合基质-铁基生物炭填料,通过长期运行评估系统对污水厂低C/N二级出水的脱氮除磷处理效能及稳定性,并重点探究该强化型垂直流人工湿地系统中氮的迁移转化规律及温室气体排放情况。综合不同形态氮的时空变化及微生物群落结构的组成解析脱氮路径,并计算人工湿地系统内部各组成对脱氮的贡献。
 主要结论如下:构建了功能基质层分别为生物炭、铁基生物炭填料、砾石的人工湿地系统,并以传统砾石构建的人工湿地系统作为对照,比较其处理城镇生活污水处理厂二级出水深度脱氮除磷的性能。在C/N=4的条件下,铁基生物炭填料垂直流人工湿地系统对TP和TN的平均去除率分别为93.8%、77.3%,相较于传统砾石人工湿地系统提升了2.87倍和1.63倍。在处理效率提高的同时产生了较高的CH_4排放(铁基生物炭填料产生的铁碳微电解系统:1.45 mg/m~2/h、砾石系统:0.09 mg/m~2/h),但显著降低了N_2O的排放(铁基生物炭填料产生的铁碳微电解系统:0.01 mg/m~2/h、砾石系统:0.97 mg/m~2/h)。当降低C/N为2时,铁基生物炭填料垂直人工湿地系统对TP和TN的平均去除率分别为92.7%、77.9%,降低C/N前后去除效率并没有显著变化。随着C/N的降低,铁基生物炭填料垂直流人工湿地系统的CH_4排放降低了56.6%(0.63 mg/m~2/h),N_2O排放维持原有水平。相比之下,砾石系统由于反硝化能力不足导致NO_3~--N的积累,使得TN去除效率仅3.5%,TP去除效率仅为58.5%。整个运行阶段,铁基生物炭填料垂直流人工湿地系统在保持氮磷去除的同时,其升温潜能值(GWP)仅为砾石系统的30%。铁基生物炭填料的添加可以有效弥补系统有机碳源不足反硝化效率低的问题,但其构造的低DO和ORP环境不利于NH_4~+-N的去除,铁基生物炭填料垂直流人工湿地系统出水NH_4~+-N均维持在2 mg/L左右。砾石人工湿地系统由于溶解氧不足,自身体系中无法形成足够的铁氧化物,因此通过共沉作用强化TP的去除效能仅为62.8%。