人工湿地是水生态修复工程中最重要的方式之一，其中带有数层基质的潜流人工湿地去污效果最好，且无臭气及蚊蝇滋生之虞。基质是潜流湿地的关键所在，本文采用生物碳替代传统基质材料砂砾，研究了水葫芦生物碳、旱伞竹生物碳和废木料生物碳三种基质潜流人工湿地去除氨氮的效果，并进行了室内模拟和野外试验。研究结果可为构建新型高效生物碳人工湿地提供重要参数，对于黑臭水体治理、农业面源污染治理、农村零散生活污水治理、饮用水源地保护等水环境工程具有实际意义，为水安全提供重要技术保障。
　　研究内容包括：通过物化表征对比分析生物质类型、热解温度对生物碳的碳化特征、表面官能团及微结构的影响；进行氨氮的等温吸附和吸附动力学实验，分析生物碳对氨氮的吸附机理；进行生物碳基质微生物培养，探究不同生物碳对湿地基质影响；构建室内模拟人工湿地生物碳基质实验柱装置，研究生物碳混合基质对氨氮的去除效果；建立生物碳基质人工湿地示范工程。主要结果如下：
　　(1)随热解温度的升高，同种原材料生物碳产率降低、pH值和比表面积增大，而水葫芦生物碳平均孔径随温度上升而增大(从4.759nm上升至5.798nm)，旱伞竹生物碳反之(从5.392nm下降至4.598nm)；W950(W表示废弃木料生物碳、S代表水葫芦生物碳、H代表旱伞竹生物碳，后缀数字表述制备温度，下同)虽制备温度较高但受组分中木质素等含量高的影响，比表面积和平均孔径均不大。
　　(2)供试生物碳对氨氮的吸附等温吸附线更符合Langmuir模型，对氨氮最大吸附容量(mg/g)分别为：2.962(W950)、2.929(S300)、3.538(S500)、3.436(H300)、2.811(H500)，吸附动力学模式为准二级动力学模型，生物碳对氨氮的吸附动力主要受化学作用的控制，对氨氮最佳去除条件弱酸性(pH=6-7)。
　　(3)生物碳的添加有利于基质中微生物的生长，为微生物的生长提供了载体和营养物质，该有益作用水葫芦生物碳S＞旱伞竹生物碳H＞废弃木料生物碳W；受生物碳材料性能、吸附能力和微生物作用共同影响，总体室内模拟实验混合基质对氨氮的去除效果为H300＞H500＞A＞S500＞W950＞S300。
　　(4)生物碳基质人工湿地初步运行结果显示：生物碳的加入对人工湿地pH影响很小；在进水氨氮浓度较低的情况下，生物碳基质潜流人工湿地对氨氮去除效果不明显(第一级去除率最高为12.0%)，原因推测是进水氮氨化作用较为强烈影响，生成的氨氮数量较多；三级湿地出水最终氨氮去除率最高为51.0%，一级和三级湿地总氮去除率最高为92.3%、73.1%，总磷去除率最高为70.2%、80.7%(CODCr含量＞10mg/L时，去除率最高可达94.9%)。
　　研究表明生物碳的加入提高了基质的吸附能力，促进了基质微生物的生长，提升了人工湿地的物理、化学及微生物各方面作用，从而能强化了人工湿地对污染物的去除效果，且其抗冲击负荷的能力也得到了提升。