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随着我国城镇化和工业化的进程,水资源不足、水质污染和水生态破坏的问题日益突出,并成为经济社会发展的主要制约因素之一。城镇污水处理厂出水即是城市水环境的主要污染源,同时也是一种可再生资源,因此,城市污水再生与循环利用,对于控制水体污染、改善水质质量、构建可持续城市水系统具有重要意义。本研究利用农业废物玉米秸秆制备载铁生物碳,作为生物滤柱的填料,利用生物碳的吸附作用及其与生物处理的协同作用,在达到城镇污水出水深度脱氮效果的同时,实现对磷的捕集的回收,为城镇污水深度处理的应用提供参考。主要研究结论如下:（1）在400℃、600℃、800℃条件下,采用前驱体混合热解法制备生物炭及载铁生物碳,根据元素含量（ICP）及表面元素分析（EDS）可知,BC（生物炭）与Fe-BC（载铁生物炭）中的P、K、Ca、Mg等营养元素含量相近,而Fe-BC中的Fe含量相比BC增加了4～5倍,说明与直接热解制备的BC相比,经铁盐浸渍后Fe含量明显提高。BC及Fe-BC中Hg、As、Cd、Pb、Cu等元素含量较低,Cr和Zn的含量相对较高,但均低于《有机肥料》（NY 525-2021）中相关限值要求。BC与Fe-BC表面均主要由C、O等元素构成,且与BC相比,Fe-BC表面O元素含量增加,说明Fe-BC表面铁主要以铁氧化物的形式存在。与FTIR（红外光谱分析）及XRD（X射线衍射分析）表征结果一致。根据SEM（表面形貌分析）图像及比表面积分析可知,载铁生物炭表面粗糙,蜂窝分布紧凑,且Fe-BC-400的比表面积为422.591 m~2/g,总孔体积增加0.30cm~3/g,平均孔径增加2.67nm。说明生物炭负载铁氧化物后比表面积、孔体积,平均孔径都有所提高,更有利于物理吸附及微生物的附着。（2）通过吸附性能筛选实验可知,BC对TP（总磷）的去除率只有3.86-13.50%,而Fe-BC对TP去除率达到39.23-90.35%;BC对NH3-N（氨氮）的去除率只有4.41-8.82%,而Fe-BC对NH3-N的去除率达到32.35-60.98%;BC对NO3--N（硝酸盐氮）的去除率只有1.43-7.14%,而Fe-BC对NO3--N的去除率达到11.43-20.00%;尤其是Fe-BC-400对TP、NH3-N、NO3--N的去除率均最高,综上所述,Fe-BC-400吸附效果最佳。根据吸附动力学拟合结果可知,Fe-BC-400对水中低浓度营养物质的吸附更符合准二级动力学拟合,说明Fe-BC-400吸附行为主要由化学反应过程控制。根据吸附等温拟合结果可知,Fe-BC-400与Langmuir方程拟合系数最高,说明Fe-BC-400为单分子层吸附。（3）以长春市某城市污水处理厂出水为研究对象,考察BC-400与Fe-BC-400固定床小柱对实际出水中COD（化学需氧量）、TP、NH3-N、TP去除效果。根据实验结果可知,BC-400与Fe-BC-400对COD的去除效果相近,在实验开始阶段,COD去除效果波动较大,随着运行时间的增加,COD去除率逐渐稳定在60～80%之间,并且呈上升趋势,这可能与生物炭填料表面逐渐形成生物膜有关;试验期间,BC-400对TP的去除效率为53～80%,并且运行15d后,TP去除效果开始呈下降趋势,Fe-BC-400对TP的去除效果稳定,去除效率为84～97%,说明通过在BC表面负载铁氧化物,可以显著提高其对污水中磷酸盐的吸附效率和稳定性,因此在污水深度处理除磷方面具有实际应用的潜力;BC-400对NH3-N的去除效率为29～71%,Fe-BC-400对NH3-N的去除效率为52～80%,随着运行时间的增加,两种生物炭对NH3-N的去除效果均呈上升趋势,可能与填料表面生物膜的形成及硝化菌群在生物膜中的富集有关;BC-400对TN的去除效率为24～39%,Fe-BC-400对TN的去除效率为27～49%,二者TN去除效率均较低。说明在实际废水复杂的竞争吸附中,对Fe-BC-400吸附NO3--N的影响较大。（4）根据资源回收实验结果可知,使用后,Fe-BC-400中Fe含量约降低了4%,说明有约0.54g/kg的Fe被释放到了水中,这主要是由于Fe-BC-400热解温度较低,铁氧化物晶华不完全,其他非晶态Fe较容易流失到铁含量较低的城镇污水中。类似地,K、Ca、Mg等元素也出现了流失现象,其中含量最高且易溶于水的K流失最高。然而,使用后的两种生物炭中P的含量均有增加,说明Fe-BC-400具有较高的从低浓度污水中回收P资源的潜力。由于Fe-BC-400具有较大的比表面积,故其金属元素累积量相对较高,并且铁氧化物表面含氧官能团对重金属元素具有跟强的吸附亲和力。（5）以市政污水为研究对象,在已附着生物膜的Fe-BC固定床小柱基础上,进一步对其表面生物膜进行培养。实验结果表明,Fe-BC-400滤柱出水COD、NH3-N、TP浓度均可稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中IV类水体限值要求。Fe-BC-400生物滤柱出水TN仍未达到GB 3838-2002中V类水体要求,说明反硝化效果不佳,可能是由于滤柱的运行条件使得滤柱内无法形成厌氧环境,且出水有机物浓度低,碳源不足导致。根据对生物炭表面微生物进行分析可知,Fe-BC-400微生物量始终相对较高,说明铁能起辅酶激活剂的作用,使得酶促反应更加快速。Fe-BC-400滤柱胞外多、蛋白质糖含量相对较高,说明铁离子和多糖能够产生络合和螯合作用,能够维持微生物结构稳定;且EPS（胞外聚合物分析）中蛋白质含量的增加也与铁有关,EPS中的蛋白质通过与铁离子与细胞结合,有利于微生物的稳定。因此Fe-BC-400较BC-400滤柱有更高的去除效能。