低C/N比污水的脱氮问题一直是污水处理领域的难点。传统外加碳源（如甲醇、乙酸钠）存在成本高、易引发二次污染等问题，而农业废弃物玉米芯和稻草秸秆因其来源广泛、成本低廉且释碳稳定，成为极具潜力的替代方案。本文基于最新研究，探讨二者在潜流人工湿地中的协同应用效果及优化方向。
一、材料特性与释碳机制
玉米芯和稻草秸秆均富含纤维素、半纤维素和木质素，其释碳过程可分为快速释放与缓慢降解两个阶段。研究表明，玉米芯经稀碱加热预处理后，表面结构被破坏，比表面积增大，释碳稳定性显著提升。预处理后的玉米芯累积释放碳氮比（COD/TN）可达175.8，远高于普通玉米芯（94.8）和稻草秸秆（63.6）。这种高碳氮比特性使其在低C/N污水中能有效补充电子供体，促进反硝化菌的代谢活动。
稻草秸秆虽然初始释碳速率较快，但后期释放量衰减明显，且氮素释放量较高（TN释放速率是玉米芯的1.29倍），可能导致出水COD超标风险。因此，从长期运行稳定性来看，玉米芯更具优势。
二、对脱氮效能的提升作用
在潜流人工湿地中，玉米芯和稻草秸秆通过以下机制强化脱氮效果：
碳源供给：二者释放的溶解性有机物为反硝化菌提供电子供体，将硝酸盐（NO₃⁻）逐步还原为氮气（N₂）。实验数据显示，添加玉米芯的人工湿地NO₃⁻-N去除率稳定在93%以上，而稻草秸秆组在运行后期因碳源不足，去除率下降7%~23%。
微生物群落调控：玉米芯表面附着的微生物群落更丰富，尤其是反硝化功能菌（如假单胞菌属）丰度显著高于稻草秸秆组。三维荧光光谱分析表明，玉米芯释放的DOM（溶解性有机质）以腐殖酸类为主，更易被微生物利用。
毒性抑制缓解：稻草秸秆释放的氮素（如NH₄⁺）可能增加系统毒性风险，而玉米芯的氮释放量较低，对微生物活性的抑制作用更小。
三、工程应用与优化策略
在实际工程中，需重点关注以下问题及解决方案：
碳源释放动态平衡：通过控制玉米芯投加量（建议初始C/N=5~6）和优化水力停留时间（HRT=24h），可避免初期COD峰值超标。连续流进水方式能加速碳源释放速率的稳定。
二次污染防控：定期（如每2个月）更换老化碳源包，并将废弃秸秆集中堆肥处理，可实现资源化回收。
复合工艺耦合：结合铁碳填料（如Fe/C微电解）可进一步提升COD去除率，同时降低H₂S等有害气体产生量。
四、未来研究方向
预处理技术升级：探索生物酶解或微波预处理，进一步提高玉米芯的释碳效率。
功能微生物强化：接种高效反硝化菌群（如Denitratisoma），加速硝酸盐代谢。
智能化管理：利用在线传感器实时监测COD、NO₃⁻-N浓度，动态调整碳源投加策略。
结语
玉米芯和稻草秸秆作为农业废弃物，在潜流人工湿地脱氮中展现出显著潜力。通过科学预处理与工艺优化，不仅能实现低C/N污水的高效处理，还可推动农业循环经济发展。未来需进一步降低成本并完善长期运行稳定性，为分散式污水处理提供更优解决方案。
