南水北调工程是改善水环境质量、保障饮水安全的重要措施,南四湖作为东线工程中重要的输水通道和调蓄湖泊,出现了水质污染严重、湿地面积减小、调蓄能力减弱等一系列问题,这严重阻碍了南水北调东线工程的建设。本文以生物岛栅系统为研究对象,通过小试实验、中试基地实验和示范工程应用,研究了该技术对污染河水的长期污染物去除效果及其微生物机理,并进行了初步的工艺参数优化,为生物岛栅水质净化技术应用于南四湖入湖河流——小沙河的水质净化提供技术支持。实验表明生物岛栅系统的长期净化效果良好,对氨氮的去除率一般在95%以上,COD去除率大于75%,氨氮出水接近零排放,COD的出水浓度低于20.0mg/L,均达到国家地表水三类水标准。总氮和总磷去除率约70%,总氮出水浓度为1.33～3.18mg/L,总磷为0.36～0.85mg/L,均高于地表三类水标准,这主要是由系统规模较小及微生物种类和数量积累不够等原因造成,进水负荷较高也有重要的影响。结果同时表明生物岛栅技术对总磷的净化效果较差,需要更多的研究和改进。水芹岛栅系统工艺优化实验显示填料长度、植物密度、岛栅覆盖率、水力停留时间等因素都可以影响各类污染物的去除率。结果表明填料长度占水深2/3、水芹密度为32株/m2、岛栅覆盖率为30%时是比较合适的条件,能够达到一个较高的净化效率。此外,本研究建议工程应用的水力停留时间为6天,鸢尾和水芹合适的收割时间在11月初,不同植物由于耐寒能力不同有所差别,可根据实际情况变动。实验所得样品中生物多样性指数为1.93-2.65,微生物信息较丰富,结果显示不同植物系统间微生物群落结构较相似,季节变化对其影响较大。测序比对后发现系统内微生物种类最多的为变形菌门,占样品总数的46.2%,其次为不可培养的菌类。这些微生物中较多的是固氮菌和降解硝酸盐类菌种等,这对水体氮污染去除有重要的意义。基于上述研究,在小沙河西支建立了生物岛栅示范工程。工程初步净化河水效果良好,出水基本能达到国家地表三类水标准,能够满足南水北调东线工程水质要求,同时需要在未来的长期运行中更深入地考察。同时,示范工程的建成和长期运行能带来显著的观赏价值和经济效益。