世界人口的快速增长及人类活动的影响给水环境造成了很大负担,水体富营养化仍待继续解决。人工湿地(Constructed Wetlands,CWs)对于减轻水体富营养化具有很重要的意义。其中,湿地基质凭借易控性得到了广泛关注,但是在人工湿地脱氮除磷的过程中,电子供体的缺乏是个难题。黄铁矿与碱改稻壳分别为无机电子供体基质与有机电子供体基质,其对人工湿地脱氮具有重要作用。在缓解水体富营养化上,基质的脱氮除磷能力是重点考虑的指标。本研究以黄铁矿与碱改稻壳为主要研究基质,首先进行吸附能力测试,后续构建对照组-人工湿地(CW)、黄铁矿-人工湿地(ACW)、碱改稻壳-人工湿地(HCW)和两种基质组合-人工湿地(AHCW)四组垂直流人工湿地系统,改变进水C/N比并对采用潮汐流人工湿地前后各系统的出水水质进行检测,最后对典型周期内污染物的变化规律进行监测。研究不同基质在人工湿地污水脱氮除磷中的组合效应及各自的优势,探究各基质人工湿地系统对不同C/N比废水的适用情况及潮汐流的影响,并对不同污染物的降解规律进行研究,结果表明:(1)在基质的污染物吸附效果研究中,黄铁矿与碱改稻壳表面粗糙,多孔隙的结构适宜微生物生长,同时具有良好吸附污染物的条件。动态吸附测试中,对N与P的吸附量呈现先增加后平稳的趋势。等温吸附测试中,一定污染物浓度范围内,二者的吸附量随污染物浓度的增加而增大,具有较强的抗氮磷负荷能力。在N与P的吸附能力测试中,碱改稻壳的吸附能力均强于黄铁矿。(2)在不同C/N比废水的脱氮除磷的研究中,C/N比为0、1.5和3时,添加碱改稻壳系统均具有更强脱氮除磷能力;C/N比为6时,CW与ACW脱氮效果趋近HCW与AHCW。HCW与AHCW系统内的高碳含量是其DNRA作用强于CW与ACW的原因。随着C/N比的增大,NO₃^--N、TN与TP的去除率随之而增大,NO₂^--N的积累来自于反硝化进行得是否彻底,添加碱改稻壳人工湿地系统出水p H正常,并未产生不良影响。黄铁矿氧化过程中产生的Fe²⁺、Fe³⁺和Fe(OH)₃可与磷形成难溶的化合物,相较于对照组去除率提升10-20%。在C/N比增加的过程中,HCW由于有机质的添加也达到了不错的磷去除效果。(3)在启动潮汐流人工湿地前后基质脱氮除磷的效果研究中,潮汐流可助力系统复氧,氨氮去除率可提高10%左右,对减少NO₂^--N积累有一定贡献。碱改稻壳能提供充足的电子供体,其反硝化过程不因潮汐流模式的出现而受到不良影响,反而凭借丰富的碳含量,在潮汐流模式下达到了很显著的脱氮效果。随着淹没深度的增加,NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN与TP的去除率均有所提升,系统底部具有较强的脱氮除磷效果,潮汐流的使用使得每处采样点的污染物去除效果均得到提升。但本研究中潮汐流的休息排空时间过于集中,对DO的增量仍不足以满足体系的需求,在1 h内被迅速消耗,对TP去除效果提升有限。(4)在典型周期内污染物变化规律研究中,各人工湿地系统氮的变化规律类似,潮汐流加快反应速度。各污染物均在进入系统初期达到较高去除速率,TN与NH₄⁺-N在8 h之内迅速下降后趋于稳定。CW与ACW初期NO₃^--N去除速率为先慢后快,中后期速度放缓并趋于稳定,HCW与AHCW两系统NO₃^--N浓度持续下降,直至几乎全部去除。硝化作用与反硝化作用进行得迅速时导致了过程中不完全的反硝化作用,产生NO₂^--N积累。COD浓度在1-2 h迅速下降,后续具有一定波动。TP浓度在8 h内迅速下降,后期速度减慢趋于稳定。除CW外,其余系统均具有更快TP去除速率与更低TP出水浓度。(5)黄铁矿与碱改稻壳的组合基质人工湿地(AHCW)在改善水质上作用最佳,在C/N比为1.5之后对TN与TP的去除率均可超过90%。二者的组合为人工湿地系统在低C/N比下同时脱氮除磷,提供了良好的条件。AHCW系统N与P的出水浓度可基本达到《城镇污水处理厂排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。在脱氮中,碱改稻壳的强化异养反硝化作用效果强于黄铁矿的强化自养反硝化作用,在除磷中,黄铁矿的特殊物质成分对磷的作用显著。因此,二者的组合基质为人工湿地脱氮除磷提供了良好的条件,具有经济可行性,使得低C/N比废水同时脱氮除磷成为可能。本研究在人工湿地基质的探索中注意发掘新型基质,充分利用丰富的自然资源与农业废弃物。研究过程中对无机与有机电子供体基质及其强化的自养与异养反硝化具有更深理解,分析两种电子供体基质在人工湿地废水脱氮除磷的优势,为这两种类型新型基质的选择提供科学指导,为人工湿地改善水体富营养化问题提供有力支撑。