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沙河水库位于北京市昌平区,水体受人类活动干扰较大。沙河水库水体主要来源为南、北沙河河道水以及再生水厂退水,由于沙河水库流动性差、自净能力弱、水系生态系统脆弱,水体存在着低碳、氮磷污染高等问题。本文搭建了以前置生态塘-人工湿地-后置生态塘为核心的实验装置,采用沸石、炉渣作为人工湿地基质,并种植有菖蒲、美人蕉和黑藻,组合系统于2018年5月至11月在露天条件下连续运行6个月。研究前置生态塘不同水力停留时间(HRT)下组合系统对常规污染物的处理效能及污染物在各子单元内的去除情况,并选取适宜的天然材料作为缓释碳源,研究其对提升组合系统反硝化脱氮的效果。前置生态塘HRT对组合系统处理效果影响显著,HRT大于0.5 d时,前置生态塘中藻类大量增殖,对N、P具有较好的吸收效果,但出水不稳定且易造成后续人工湿地单元堵塞问题发生,结合各污染物去除效果优化得到前置塘适宜HRT为0.5 d。此时组合系统对COD、总磷(TP)与氨氮(NH4+-N)处理效果较好,硝态氮(NO3--N)与总氮(TN)处理效果较差,去除率分别为83.5%、73.7%、96.0%、57.6%和68.4%。经碳源释放实验筛选,采用杉木木块作为缓释碳源材料投入使用,碳源释放量为0.2 mg/(g·d)。投加缓释碳源强化后,组合系统脱氮能力明显增强,COD、TP、NH4+-N、NO3--N与TN去除率分别为72.8%、57.6%、93.9%、85.0%和88.4%,系统出水达到《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水质。针对沙河水库水体的处理进行了中试工程方案设计,设计流量为30 m3/d,中试工程总投资为9.8128万元。