随着近年来点源污染逐渐被控制,城市水环境质量受雨水径流等因素造成的面源污染影响较大。在降雨径流的处理方面,土地渗滤处理系统已成为国内外的主要治理手段之一,而人工快速渗滤系统由于其投资成本低、出水效果好以及操作管理简便等优点被多次应用。然而不同的介质组配方案和运行条件直接影响人工快速渗滤系统的处理能力。因此本论文通过介质组配、运行工艺等方面的优化,优选出适用于北京地区的最佳的构建方案,并通过对蛭石的改性进一步提高系统的净化性能。通过对蛭石等5种天然介质的筛选,蛭石对氮磷吸附效果最好,最大理论饱和吸附量分别为686.27 mg/kg和667.47 mg/kg。通过将蛭石与土沙依照不同比例进行组配,优选最佳介质组配解决方案为土沙比为1:1蛭石添加量为15%并同时混合8%的石灰石,其对COD、TP和氨氮的平均去除率分别为57.6%、73.1%和90.5%。通过对运行条件的优化,确定水力负荷为2 m/d(进水3 h、落干45 h)、土层厚度为70～100 cm并以由介质表面和距表面30 cm处以2:1的比例进行分段进水的运行方式处理效果最好,其对COD、TP、氨氮和TN的去除率分别87.7%、90.1%、89.5%和40.5%。系统在运行过程中通过在淹水期系统将污染物吸附在渗滤介质内,系统落干时在微生物的作用下将氮磷等有机物分解,分段进水为系统中厌氧段提供了一定碳源以支撑该段的反硝化反应,进一步促使氮完全去除。根据对不同土层深度的微生物的检测人工快速渗滤系统中各层微生物群落均含量丰富,各层均主要以Proteobacteria(变形菌门)和Actinobacteria(放线菌门)为优势菌群。通过中试运行,验证了人工快速渗滤系统在长期运行的情况下可以保持一定的稳定性,其对COD、TP、氨氮和TN的去除率分别为69.3%、59.3%、85.1%和75.7%;在高浓度进水的情况下能取得更好的处理效果,人工快速渗滤系统对低浓度进水也有一定的去除效果。为进一步提高系统的净化能力制备了壳聚糖改性的蛭石,改性后的蛭石对氨氮的吸附效果提高了18.4%、对磷的吸附效果也有了一定的提升,壳聚糖通过氢键作用负载在蛭石表面,并未插入到蛭石内部,不会阻塞蛭石本身的孔径结构,且有利于增大改性蛭石的比表面积。改性后的蛭石Na~+含量增多,比表面积明显增大。在上述最佳运行条件下对COD、TP、氨氮和TN的去除率分别为91.8%、90.2%、94.4%和46.5%,其对污染物的去除效果优于未改性的蛭石柱,可以达到处理雨水径流中的氮磷等有机污染物的目的。