低C/N比污水的脫氮問題一直是污水處理領域的難點。傳統(tǒng)外加碳源（如甲醇、乙酸鈉）存在成本高、易引發(fā)二次污染等問題，而農(nóng)業(yè)廢棄物玉米芯和稻草秸稈因其來源廣泛、成本低廉且釋碳穩(wěn)定，成為極具潛力的替代方案。本文基于最新研究，探討二者在潛流人工濕地中的協(xié)同應用效果及優(yōu)化方向。

一、材料特性與釋碳機制

玉米芯和稻草秸稈均富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其釋碳過程可分為快速釋放與緩慢降解兩個階段。研究表明，玉米芯經(jīng)稀堿加熱預處理后，表面結構被破壞，比表面積增大，釋碳穩(wěn)定性顯著提升。預處理后的玉米芯累積釋放碳氮比（COD/TN）可達175.8，遠高于普通玉米芯（94.8）和稻草秸稈（63.6）。這種高碳氮比特性使其在低C/N污水中能有效補充電子供體，促進反硝化菌的代謝活動。

稻草秸稈雖然初始釋碳速率較快，但后期釋放量衰減明顯，且氮素釋放量較高（TN釋放速率是玉米芯的1.29倍），可能導致出水COD超標風險。因此，從長期運行穩(wěn)定性來看，玉米芯更具優(yōu)勢。

二、對脫氮效能的提升作用

在潛流人工濕地中，玉米芯和稻草秸稈通過以下機制強化脫氮效果：

碳源供給：二者釋放的溶解性有機物為反硝化菌提供電子供體，將硝酸鹽（NO??）逐步還原為氮氣（N?）。實驗數(shù)據(jù)顯示，添加玉米芯的人工濕地NO??-N去除率穩(wěn)定在93%以上，而稻草秸稈組在運行后期因碳源不足，去除率下降7%~23%。

微生物群落調(diào)控：玉米芯表面附著的微生物群落更豐富，尤其是反硝化功能菌（如假單胞菌屬）豐度顯著高于稻草秸稈組。三維熒光光譜分析表明，玉米芯釋放的DOM（溶解性有機質(zhì)）以腐殖酸類為主，更易被微生物利用。

毒性抑制緩解：稻草秸稈釋放的氮素（如NH??）可能增加系統(tǒng)毒性風險，而玉米芯的氮釋放量較低，對微生物活性的抑制作用更小。

三、工程應用與優(yōu)化策略

在實際工程中，需重點關注以下問題及解決方案：

碳源釋放動態(tài)平衡：通過控制玉米芯投加量（建議初始C/N=5~6）和優(yōu)化水力停留時間（HRT=24h），可避免初期COD峰值超標。連續(xù)流進水方式能加速碳源釋放速率的穩(wěn)定。

二次污染防控：定期（如每2個月）更換老化碳源包，并將廢棄秸稈集中堆肥處理，可實現(xiàn)資源化回收。

復合工藝耦合：結合鐵碳填料（如Fe/C微電解）可進一步提升COD去除率，同時降低H?S等有害氣體產(chǎn)生量。

四、未來研究方向

預處理技術升級：探索生物酶解或微波預處理，進一步提高玉米芯的釋碳效率。

功能微生物強化：接種高效反硝化菌群（如Denitratisoma），加速硝酸鹽代謝。

智能化管理：利用在線傳感器實時監(jiān)測COD、NO??-N濃度，動態(tài)調(diào)整碳源投加策略。

結語

玉米芯和稻草秸稈作為農(nóng)業(yè)廢棄物，在潛流人工濕地脫氮中展現(xiàn)出顯著潛力。通過科學預處理與工藝優(yōu)化，不僅能實現(xiàn)低C/N污水的高效處理，還可推動農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。未來需進一步降低成本并完善長期運行穩(wěn)定性，為分散式污水處理提供更優(yōu)解決方案。