随着市政排水管网和城镇污水处理厂的普及,城镇雨水径流污染控制对水体环境的影响逐渐突显。生物滞留系统是城市降雨径流污染控制的常用手段,因其能有效控制城市降雨径流中的污染物受到学者的长期关注,并进入工程应用实践。但是,传统生物滞留系统处理降雨径流脱氮效能受限于地表径流中碳源量少波动,难以进一步提高。本研究将硫铁矿作为填料,结合淹没区,对传统生物滞留系统进行改良。在自然环境下监测生物滞留实验装置在初期运行阶段、无有机碳源进水运行阶段、低有机碳源进水运行阶段的实际运行效果,多次对单一周期中基质层水质跟踪,并分析了不同工况下的基质层微生物群落。主要结论如下:(1)探究了硫铁矿改良生物滞留系统工艺在自然环境下对氮磷污染物去除的可行性,其中:在无有机碳源进水运行阶段,硫铁矿生物滞留系统设施的总氮和总磷平均去除率分别为86%和81%;沸石生物滞留系统设施的总氮和总磷平均去除率分别为32%和44%;在20mg/L的低有机碳源进水运行阶段,硫铁矿生物滞留系统设施的总氮和总磷平均去除率分别为92%和86%;沸石生物滞留系统设施的总氮和总磷平均去除率分别为63%和35%。结果表明,硫铁矿作为基质填料对于在雨水径流碳源受限的情况下可显著提升生物滞留系统脱氮除磷效能。(2)对多个周期基质层水质的监测发现,氨氮在进入实验装置的第2h内便被吸附。在碳源稀缺的情况下,硫铁矿生物滞留系统在第72h左右能达到80%以上的脱氮效果;在碳源受限的情况下,硫铁矿生物滞留系统可在第12h至第24h间完成大部分反硝化脱氮。并且在气温较低时硫铁矿生物滞留系统设施将产生大量的亚硝酸盐氮积累,对水体环境可能有潜在影响。(3)整个研究中硫铁矿生物滞留系统出水的铁元素平均浓度为0.51 mg/L且波动较大;出水的硫酸盐平均浓度为106.97 mg/L。分析表明,大部分的硫酸盐来自于硫铁矿氧化产生,同时产生的酸性导致硫铁矿设施出水p H值偏低。(4)无有机碳源进水阶段至低有机碳源进水阶段的基质层微生物群落变化显示,作为硫自养反硝化标志性菌种的Thiobacillus相对丰度从1.6%至2.6%。表明硫铁矿作为生物滞留系统的填料,硫自养反硝化可存在于其中产生一定作用且不受到一定量有机碳源的影响。同时,硫铁矿的加入,可以明显提升生物滞留系统的反硝化脱氮能力。