湖泊是我国淡水资源的重要组成部分。但是随着国民经济的快速发展和城市化进程的不断推进,大量污染物被排入至自然水体中,超出了其本身所具备的自净能力,导致湖泊生态环境污染问题日益严重。湖泊富营养化治理是当前我国环境治理领域的重要工作之一,主要遵循“外源控制、内源治理、生态引水、生态修复”相结合的技术路线。生态清淤是目前解决富营养化湖泊内源污染的主流途径。但是如何实现低扰动清淤以减少污染物扩散并降低对底栖生态系统的影响,以及如何实现余水的深度处理以避免二次污染,仍有待进一步探究。有鉴于此,本论文以低扰动内源清淤和余水净化为出发点,一方面基于流体力学的Coanda效应在低扰动清淤射流泵的方案设计、工作机理和参数优化等方面展开系统的研究分析;另一方面,针对清淤后余水的深度净化,研究人工湿地处理余水过程中的污染物去除规律及生物强化策略,并阐释其净化机制。主要研究结果如下:（1）基于流体力学Coanda效应设计研发了低扰动清淤射流泵。该射流泵利用流体力学的Coanda效应,集淤泥粉碎和吸取于一体,与传统的只具备吸取功能的射流泵具有明显差异。以CFD（Computational Fluid Dynamics,CFD）数值计算方法作为清淤泵性能的评估手段,计算分析了清淤泵三个方案不同进口压力时的流场,获得了不同进口压力与出口平均流速之间的关系。分析结果表明,Q_hV_h（底部流量与平均速度的积）可用于评价射流泵清淤能力及最佳作业距离。清淤泵的结构形式和尺寸确定后,流动特征与进口压力关系不大。清淤射流泵下喷口喷射出的射流沿着构件2的弧线边缘直接流进了出口腔,并与上喷口的射流汇合,整个过程没有出现流动分离。下喷口射流带动泵底部流体流向出口腔,且对泵外围流场的扰动很小。构件2的折角设计使得腔内流体在折角处分离后分别流向下喷口和上喷口。内流场和外流场分析结果表明,喷口间隙、出口半径、底部距离、构件形状等是影响清淤泵性能的关键参数。（2）利用试验设计方法有效分析了设计参数对清淤性能的敏感性以及参数之间的交互作用。各设计参数中,影响底部冲刷动量和作业效率的敏感参数为底部距离和出口半径,且设计参数间的耦合效应也较为显著。在此基础上,建立设计参数与性能的响应面模型（Response Surface Methodology,RSM）,通过粒子群优化算法对其求解获得了最优方案,其底部冲刷动量达到8.05 m⁴/s²,作业效率为32.1%,明显高于试验设计中其他方案。为了验证低扰动清淤射流泵的设计效果和实际清淤能力,设计加工了原理样机并开展了水池试验。试验结果表明,清淤前后上覆水水质没有发生显著变化,意味着没有出现明显的污染物扩散,侧面反映出该射流清淤泵具备低扰动特性。射流泵可实现生态清淤,清淤含泥率最高可达70%左右。上喷口间隙不变时,下喷口间隙增大,出口流量变化不大,出口/进口流量比减小;而喷口尺寸增大会降低含泥率。水池试验得到的作业规律与数值模拟分析基本一致。（3）采用中试垂直流人工湿地（Vertical flow constructed wetland,VFCW）和水平流人工湿地（Horizontal flow constructed wetland,HFCW）系统处理生态清淤余水,在不同进水负荷下对基质层溶氧分布、污染物净化效能以及关键酶活性进行了比较研究。结果显示,随着进水负荷的增加,湿地系统溶氧水平和处理效能（COD、总氮、NH₄⁺-N和有机氮）均有所下降,但是对NO₃^--N和总磷的去除没有显著影响。VFCW内部溶解氧浓度高于HFCW,说明垂直流的水力流态更有利于大气复氧。从净化效能来看,VFCW和HFCW对总氮、NO₃^--N和总磷具有相近的去除能力,但VFCW对COD和有机氮的去除显著优于HFCW。尽管如此,由于氨氧化是脱氮过程的限速步骤,有机氮降解生成的NH₄⁺-N并没有被有效转化,因此造成了VFCW的出水NH₄⁺-N明显高于HFCW。整个运行期内,VFCW和HFCW对COD、有机氮、NH₄⁺-N、总氮、NO₃^--N和总磷的平均去除率分别为52.4%vs 43.9%、77.3%vs 47.5%、41.1%vs 56.6%、54.7%vs 56.7%、89.3%vs 90.8%和40.6%vs 41.2%。基质蛋白酶、脲酶和磷酸酶活性随着深度的增加而降低,在上层和中层之间衰减尤为明显。在上层基质中,VFCW蛋白酶、脲酶和磷酸酶活性显著高于HFCW,分别为37.61 vs 29.82、6.97 vs 5.18、9.88 vs 6.37 U/g-基质。相关性分析表明,三种酶活性均与溶解氧浓度呈显著正相关。（4）采用组合湿地工艺提高清淤余水处理效能。VFCW-HFCW组合工艺中一级处理单元的COD去除贡献率显著高于二级处理单元;而HFCW-VFCW系统前后处理单元的COD去除贡献率差异较小。虽然VFCW-HFCW一级单元的NH₄⁺-N去除率要弱于HFCW-VFCW,但是其二级单元的NH₄⁺-N去除贡献率是后者的2倍左右。VFCW-HFCW运行过程中一级处理单元在有机氮转化方面占据主导作用;而HFCW-VFCW的二级处理单元对有机氮的去除贡献要稍大于一级处理单元。在VFCW-HFCW运行过程中,有机氮高效降解生成的NH₄⁺-N可以更为有效地转化。VFCW-HFCW组合工艺对总氮的净化效果要优于HFCW-VFCW,且两者差别主要源自于二级处理单元对总氮去除贡献的差异。综合组合工艺对各类污染物的去除规律,VFCW-HFCW对COD、NH₄⁺-N、总氮和有机氮的去除效果优于HFCW-VFCW,出水COD和总磷浓度分别可达到地表水II类和III类标准,但是出水氨氮和总氮浓度却只能基本达到V类标准,且出水NH₄⁺-N约占总氮的75%左右。此外,VFCW-HFCW后段面临着可生物利用碳源缺乏的问题,基于硝化反硝化的脱氮方式受到了一定的限制。因此提出在组合工艺中引入自养型脱氮途径强化脱氮的策略。（5）采用外源厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation,Anammox）生物强化策略能够实现VFCW-HFCW组合系统的深度脱氮,出水水质可提升至地表水III类标准。Anammox富集培养物中发现有15种Anammox菌种,但是只有4种能在湿地系统内稳定定植,主要隶属于Ca.Brocadia和Ca.Kunenia属。15N-同位素标记异位分析结果表明,经生物强化后人工湿地系统的Anammox活性明显增强,一级单元（VFCW）和二级单元（HFCW）中的Anammox贡献率分别为5.84%和15.23%分别提升至27.87%和46.82%。引入外源Anammox富集培养物后,湿地系统内优势菌群丰富度增加,其中VFCW和HFCW浮霉菌门的相对丰度分别从1.58%和2.75%增加至6.45%和11.69%。湿地系统内氨氧化菌（Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB）功能基因拷贝数显著高于亚硝酸盐氧化菌（Nitrite Oxidizing Bacteria,NOB）,意味着VFCW-HFCW系统内的氨氧化应该以短程硝化反应为主。此外,系统内NOB主要来源于硝化螺旋菌门而非变形菌门,且反硝化菌以nirS型为主。综合实验发现,可以证实生物强化后短程硝化、反硝化和Anammox的协同作用是实现VFCW-HFCW组合系统深度脱氮的主要驱动机制。