污水处理厂尾水常用于生态补水以实现水资源回用目的,但其中残余的氮磷需进一步去除。人工湿地具有建造价格低廉、运行维护简单、处理低污染水效果好等优点,是一种适宜于尾水深度处理的生态工程技术。但传统的人工湿地基质不利于反硝化菌在低C/N比条件下富集并发挥作用,导致其对尾水的处理效果不佳。因此,有必要改进人工湿地基质提升其对尾水中氮、磷的去除效率,从而有助于人工湿地技术广泛应用于尾水的高效处理和污水处理厂提标改造中。本研究以模拟污水厂尾水(NO₃^--N:15 mg L^-1;TN:16 mg L^-1)为处理对象,设置C/N=5,3.5,2,0.5四个梯度,采用铁(铁片)碳(生物炭)作为人工湿地新型填料,以纯生物炭填料为对照,并在铁碳填料湿地中引入核桃壳(有机)或硫铁矿(无机)两种不同的电子供体,考察对比各组人工湿地对污染物的去除效能;评估不同湿地中铁屑填料随实验运行时间的腐蚀程度变化;采用高通量测序技术解析对比了C/N=5和0.5下不同湿地中微生物的多样性、群落组成和功能菌群丰度特征;并考察对比了各组湿地在C/N=5和0.5下的温室气体排放通量。主要研究结论如下:1.人工湿地在不同C/N比下对污染物的去除效能差异较大,尤其对于NO₃^--N而言。当C/N=5和3.5时,各系统的脱氮效能均较好(TN去除>90%)。而当C/N比降至2和0.5时,铁碳湿地的脱氮效率显著高于对照系统(p<0.05)。运行80天后,对照系统出水P浓度上升明显,而铁碳湿地仍可有效地去除P。核桃壳的添加强化了铁碳湿地的脱氮除磷效能,而硫铁矿的添加却使得铁碳湿地的脱氮效能略有降低。典型处理周期内NO₃^--N的浓度变化和去除速率拟合结果表明,运行期间添加核桃壳的铁碳湿地对NO₃^--N的去除速率始终最快,而对照系统的去除速率最慢。2.铁屑填料在不同湿地系统中的受腐蚀程度不同。铁屑中的Fe元素含量在使用后均有所降低,而O元素含量有所升高。添加电子供体,尤其是添加核桃壳的湿地系统中铁屑Fe元素含量下降最小,表明电子供体的添加延缓了铁屑填料的腐蚀。形貌特征分析表明,使用后的铁屑表面存在不同粒径的颗粒物且在各系统中的聚集特征明显不同。以铁屑为负极构建的原电池装置的电压测定结果表明,使用后铁屑产生的电压均小于新鲜铁屑,间接表明使用后铁屑受到一定程度的腐蚀。3.C/N=5时湿地基质中微生物群落的OTU数量,丰富度指数(Chao)和多样性指数(Shannon)均高于C/N=0.5时。铁屑的添加降低了湿地系统的微生物丰富度和多样性。C/N比从5降至0.5后,添加铁屑的湿地系统中自养反硝化菌群的丰度升高。在C/N=0.5阶段铁屑添加湿地系统中占主导的自养反硝化菌群为Dechloromonas、Ferritrophicum、Thiobacillus和Sulfuritalea,其在有机碳源不足时对污水脱氮起到了较为关键的作用。4.C/N=5时人工湿地的温室气体排放通量显著高于C/N=0.5时,且各湿地系统温室气体排放特征不同。C/N=5时,铁屑和电子供体的添加抑制了CO₂和N₂O的释放,从而降低湿地系统的全球变暖潜势(GWP)值。C/N=0.5时,相比于对照系统,铁碳湿地的CH₄和N₂O释放通量较高,导致其GWP值高于对照。添加核桃壳的铁碳湿地系统的CO₂和CH₄排放通量的上升最为明显,导致其GWP值最高。