强化铁碳基生物载体的人工湿地系统及方法

人工湿地作为一种生态型污水治理技术，具有成本低、生态友好、操作简易等优势，近年来在城镇污水厂尾水深度净化方面应用广泛，但由于尾水中C/N较低，限制了反硝化反应速率，导致人工湿地的脱氮效果不稳定，限制了其推广使用。填料是影响湿地对污染物的去除效果的重要因素之一，因此，在人工湿地填料的选择上，除了考虑来源、成本、透水性、截污能力等因素外，还应有针对性地考虑电子转移促进、碳源补充、自养反硝化等问题，提高人工湿地对低C/N尾水的脱氮效果。

一、人工湿地工艺现状

人工湿地脱氮过程是物理、化学、生物反应协同作用的结果，但一般认为微生物的硝化反硝化过程才是人工湿地中氮去除的主要途径，而有研究指出，湿地植物即使在极佳条件下因生物量增加而去除的氮量也只占氮去除总量的10%-16%。在反硝化作用的过程中，有机或无机碳源是电子供体和能源，氮氧化物均是呼吸作用电子传递的末端电子受体。影响该过程的因素众多，其中碳源的缺乏是限制反硝化进行的关键因素。因此，对于C/N较低的水，如农业径流和经处理的城市污水，需要补充碳源进行反硝化来保证人工湿地的脱氮效果。

虽然甲醇、 葡萄糖和乙酸钠等有机碳源可以显著提高人工湿地的脱氮性能，但也存在着碳源的突然大量释放造成的二次污染及成本高昂的缺点，农业固体废弃物具有分布广泛、成本低廉，而且还具有释碳缓慢、使用寿命长的优势，是外加碳源的不错选择，但同样也存在植物碳源造成的二次污染问题。

二、技术创新及优化

杰尧科技基于技术基础，创新优化出—强化铁碳基生物载体的人工湿地系统及方法，针对不同受污染程度水体，根据水质净化需求不同，灵活调节人工湿地系统，将铁碳基和生物炭作为组合基质，促进氮转化提高脱氮效率的同时，协同减少温室气体排放，使装置同步实现污水处理和温室减排。

区别于传统人工湿地单纯处理污水，本实用新型还可在处理过程中达到产电效果。能够通过物理、化学和生物多途径处理高磷废水，在适当的条件下也可用于抗生素、重金属、低碳氮比等同种类的污水处理。

三、技术原理

铁碳微电解是一种化学耦合生物法去除有机污染物的方法，一般采用铁粉和焦炭作为基质，当浸没于污水中时，铸铁内的碳化铁和纯铁存在较大的氧化还原电势差，形成细微的原电池；铸铁和周围的炭粉又形成了较大的原电池，目前在废水处理中已经得到广泛的运用。

尾水与铁碳基质接触后发生铁碳微电解反应，微电解产生大量的电子和活性还原性物质，也能有效促进尾水中的NO₃N的去除，同时，铁碳微电解反应产生的Fe²⁺/Fe³⁺能够与水体中的PO₄³离子发生絮凝作用，进而实现氮磷的同步脱除；

经验证及工程应用，结果表明通过铁碳微电解填料中的电子传递作用显著提升自养反硝化过程，地下水中硝酸盐去除率最高可达87%；同时利用生物炭的吸附功能及金属离子的絮凝、沉淀作用，实现了地下水中重金属（Cr和Pb）的高效去除（75-97%）。

铁的加入也会改变湿地中的微生物群落结构，在微观水平上影响氮的去除和N₂O排放，铁可以通过自养反硝化和厌氧氨氧化等生物途径提高氮的去除效率。

湿地系统加入生物炭一方面缓释碳源，提供电子供体，缓解污水处理的低碳问题；另一方面与铁形成铁碳微电解系统，铁碳之间形成的许多微电流电场具有原电池效应，增强吸附、还原、微生物降解等作用的发挥。