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采用木屑生物炭对传统生物滞留填料进行改良,可以有效提升生物滞留系统的调控能力,将生物炭应用于生物滞留的前景十分光明。本文从改良填料研制、改良填料生物滞留系统调控效果试验分析、改良填料生物滞留设施结构参数优化三个方面系统的进行研究。本研究以木屑作为原料,在不同制备方案下得到15种木屑生物炭,通过对其进行理化性质检测和产率分析,结合层次分析法,从中优选出木屑生物炭最佳制备方案,在此基础上,向传统生物滞留填料(Bioretention Soil Media,BSM)中以2%、5%和8%(w/w)三种比例添加木屑生物炭,通过对其水文特性、水质净化能力以及成本进行分析,结合层次分析法,从中优选出木屑生物炭最佳添加比例。以种植土、BSM、BSM+5%给水厂污泥(Water Treatment Residue,WTR)(w/w)和 BSM+5%木屑生物炭(w/w)作为填料搭建1#、2#、3#和4#四个生物滞留柱小型试验装置,设计8场人工模拟降雨试验进行监测研究。基于小型试验监测数据,利用修正的Morris分类筛选法对Hydrus-1D模型参数进行敏感性分析,根据各参数的敏感性高低,对Hydrus-1D模型进行调参率定与验证,将率定后Hydrus-1D模型与Design-Export软件中的响应面设计法(Response Surface Method,RSM)相结合,使用RSM中的Box-Behnken Design进行试验方案设计,并用率定后的Hydrus-1D模型进行模拟得到响应值,使用RSM中的Analysis模块对模型中响应值与各因素之间的函数关系进行拟合,并进行残差正态分布检验和方差检验,最后,利用RSM中的Optimization模块即可对最佳设计参数进行研究。主要结论如下:①木屑生物炭最佳制备方案为:马弗炉以20℃/min的升温速度升至600℃,然后在600℃下热解3h,最后冷却至室温;木屑生物炭改良填料的最佳添加比例为5%。②1#、2#、3#和4#四个生物滞留柱的平均水量削减率分别为58.09%、22.35%、50.44%和41.33%;4#生物滞留柱对COD、TN、TP、NH3-N和NO3-N五个常规污染物的负荷削减率均在68%以上;3#生物滞留柱对TN、NO3-N、TP和NH3-N的负荷削减效果良好,但对COD的负荷削减率仅为58.56%;2#生物滞留柱对雨水中各污染物的负荷削减水平参差不齐,其中,2#生物滞留柱对NO3-N的负荷削减率为-3.57～67.16%,均值仅为23.84%。③在率定期和验证期中,模拟的水量削减率和负荷削减率与实测结果之间的决定系数R2均在0.6以上,纳什效率系数NSE均在0.5以上,模拟值与实测值的拟合程度和匹配程度达标。④生物滞留系统结构参数优化结果中,BSM的填料层厚度推荐值最大而蓄水层厚度推荐值最小,BSM+5%木屑生物炭的填料层厚度推荐值最小而蓄水层厚度推荐值最大。⑤在约束条件25cm≤换土层厚度≤120cm和80%≤水量削减率≤85%下,以污染物负荷削减率最大化为优化目标,则填料为BSM、BSM+5%WTR和BSM+5%木屑生物炭的生物滞留系统,均可处理重现期为3a+汇流比为20:1及其以下的降雨情景。