氮、磷超标是造成湖泊、河流等水体富营养化的主要因素,根据我国《水污染防治行动计划》(简称《水十条》)出台背景最新调查显示:全国地表水控制断面中,有9.2%的水体丧失使用功能(劣V类),24.6%的重点湖泊呈富营养化状态。由于污水厂尾水C/N≤2,总氮(TN)≤26mg/L,使得经人工湿地深度处理后,其出水TN难以达到国家规定的地表水Ⅳ类,因此亟需开展尾水深度脱氮技术研发。本研究主要针对人工湿地出水水质不达标的问题,采用硫自养反硝化技术应用于潜流湿地系统,建立了现场中试实验装置,并进行了相关工艺及运行参数的研究;基于中试实验完成了杜村寺现场实验区的改造及工程化运行实验;最终提出了一套完整的杜村寺人工湿地工艺改造及设计方案,取得的主要成果有:现场搭建的两组水平潜流中试装置,采用自然挂膜的方式培养异养、自养优势菌种微生物处理现场污水厂尾水,未添加硫磺的水平潜流湿地工艺系统反硝化脱氮最佳的工艺条件为温度T:25～28℃、HRT≥ 11 h,在该工况条件下对COD、NH4+-N、TN、N03--N最高去除率分别为45%、95%、65%、50%,当温度降低时,反硝化脱氮效果表现较差,TN的去除率最高可达30%左右;添加硫磺后,大大缩短了该工艺的HRT,提高进水负荷,在相同的温度条件下,HRT为6.5 h,对TN的去除率可达到80%,由于硫自养反硝化菌的较高的脱氮性能,一定程度上弥补了温度降低导致反硝化效果降低的缺陷,实验结果表明,低温条件下添加硫磺后,TN的去除效率可保持在65%左右。建立了处理污水量为6 m3/d的现场不同潜流湿地中试实验装置(主要的工艺类型包括:水平潜流湿地工艺、垂直潜流湿地工艺、复合垂直潜流湿地工艺),开展了相关技术性研究。结果表明:采用硫自养垂直潜流湿地出水水质明显优于硫自养水平潜流湿地。以硫磺、石灰石、沸石、火山岩(体积比为1:1:1:1)为填料的垂直潜流湿地系统,在进水水质TN为20～22 mg/L,硝态氮(NO3--N)为18～19 mg/L,温度(T)为25～29.1℃,水力停留时间(HRT)为3.5 h的运行参数条件下,该工艺对污水厂尾水NO3--N的去除率达到97%,对TN的去除率达到85%,出水水质基本满足国家规定的地表水Ⅳ类标准。基于垂直潜流湿地中试试验结果,完成了杜村寺现场微曝气垂直潜流湿地工程化改造,并展开了连续3个月水质监测,采样周期为2天,结果表明,填料上层布设收集管可显著降低垂直潜流人工湿地的出水水位,并消除上覆水,利于污染物的去除;改造后的硫自养垂直潜流湿地处理出水TN去除率相比改造前提高了 10%左右,COD、TP等各性水质指标基本满足地表水Ⅳ标准。通过对杜村寺人工湿地进行现场连续监测,并基于潜流湿地系统中试及工程化运行结果,完成了杜村寺人工湿地工艺改造方案设计,为此类人工湿地的工程化设计和运行提供了可行的案例。