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生物滞留系统（Bioretention Cell,BRC）具有成本低、与景观协同性好和维护简便等优点,在小水量分散式的污水处理中可发挥重要作用。目前对BRC的研究局限于水文/水质效应的宏观分析,也缺少对长时间运行性能尤其是脱氮效果的评估,因此分析BRC各结构层内部的渗流过程,开展BRC长期运行效能的研究,对提高BRC全寿命周期的效益具有重要的现实意义。本文在模拟和试验验证清水条件下BRC系统渗流特性的基础上,试验分析了污水处理条件下BRC系统的渗流特性和脱氮性能,研究了两种强化BRC系统综合效能的方法,主要结果如下:1)开展了清水条件下BRC渗流特性的CFD（Computational Fluid Dynamics）软件模拟、试验验证和理论分析。CFD模拟表明水力负荷为1.0-1.5m3/（m2·d）时水流分布较均匀;示踪试验证明水力负荷为1.0m3/（m2·d）时BRC滤层结构的流场分布最均匀、水力效率最高,渗流过程接近推流流态;水力负荷1.0m3/（m2·d）时,系统渗透系数逐步下降,13d后基本稳定,由1.31×10-4m/s降至1.07×10-4m/s。在软件模拟和试验验证的基础上,揭示了BRC系统运行过程中内部渗流系数“下降—升高—再下降—稳定”的四阶段规律,揭示了填料颗粒受到水力负荷干扰时存在加压膨胀的驰豫过程。2)开展了污水处理条件下BRC渗流特性的试验。结果表明:短期连续运行条件下,系统水力性能达到稳定约需15d,过流总水量0.075m3,渗透系数由3.89×10-4m/s降至3.20×10-44 m/s。与清水条件运行相比较,稳定过程略慢,填料表层的微生物对渗流过程有一定影响。长期间歇运行条件下,水力性能达到稳定约需123d,过流总水量0.077m3,渗透系数降至0.89×10-4m/s。系统的水力性能达到稳定所需时间只与累积过流水量有关,而水力性能稳定时的渗透系数与系统加压膨胀的累积次数呈负相关。3)试验分析了微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell）耦合BRC系统（BRC-MFC）和催化铁（Catalytic Iron）耦合BRC-MFC系统（BRC-MFC-CI）的渗流特性。结果表明:MFC电极间距30cm、水力负荷1.0 m3/（m2·d）条件下,按进水1小时、间歇7小时的方式运行,BRC-MFC和BRC-MFC-CI水力性能达到稳定分别约需113d和95d,渗透系数由3.89×10-4m/s分别降到1.86×10-4m/s和2.15×10-4m/s。Midi LOGGER GL820电极电压、Miseq高通量测序和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）等测定结果表明:与BRC系统相比,BRC-MFC中,额外的电子传递加速了微生物的生长,同时微生物群落也由14菌门增加到19菌门;与BRC-MFC相比,BRC-MFC-CI中的催化铁又增加了额外的电子传递,微生物膜增长更快且在垂直方向上更加均匀。填料颗粒表面的生物膜具有稳定系统空间结构的作用,有利于系统水力性能的更早稳定;生物膜的骨架作用又减缓了加压膨胀的影响,有利于增大系统稳定时的渗透系数。4)试验分析了BRC、BRC-MFC和BRC-MFC-CI的脱氮性能。结果表明:间歇运行条件下,三个系统氨氮和总氮的初始去除率为55.2%和22.2%;脱氮性能达到稳定所需时间分别约为130d、120d和120d;达到稳定阶段时的氨氮和总氮去除率分别为51.6%、15.9%,68.0%、52.2%和64.8%、66.0%。BRC-MFC和BRC-MFC-CI的平均电压分别达到35.5mV和120mV,最大功率密度分别103.83mW/m3和290.21mW/m3。两种电强化条件下,系统内部的电子迁移有利于反硝化,提高了整体脱氮性能;同时,微生物增殖存在动态平衡的极限,系统达到传质稳定的时间差别不大。研究成果为BRC系统应用于间歇运行的污水处理,提供了一种增强长期运行可靠性和脱氮性能的技术路径。