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农田排水中的氮磷输出是造成水环境污染的重要原因之一。近年来涌现的生物反应器技术通过在排水末端增设固体碳源装置,将农田排水部分或全部导入后,使其中的硝态氮通过反硝化反应得到去除。本文开展了中试规模的生物反应器室内试验研究;根据处理系统的特征,以稻壳和木片两种碳源介质模拟构建了两种生物反应器,根据稻田氮磷输出特点进行了污染物削减试验。试验分为静态试验和动态试验两个部分,静态试验主要研究了入流浓度对反硝化速率的影响及其内部反应环境特征。动态试验分析了不同的试验因素对削减效果及去除速率的影响。最后,根据江苏扬州江都区沿运灌区农田排水污染物输出的监测数据,结合生物反应器室内试验结果计算了灌区田间尺度所需要的生物反应器体积。本文主要研究成果如下:(1)短效浸出试验表明,稻壳和木片均可释放一定量的氮磷物质。其中NO3--N释放量均低于0.25 mg·g-1,TP的释放量均低于0.20 mg·g-1。稻壳和木屑中的氮磷浸出物未产生累积,浸出风险较小,稻壳浸出液的总有机碳(TOC)高于木片,均值为12 mg·g-1,木片浸出液TOC浓度均值为7.47 mg g-1。(2)静态反应试验中,初始N03--N浓度为3.3 mg/L、10.8 mg/L、20.0 mg/L的24 h平均反硝化速率分别为0.09 mg·L-1·h-1、0.34 mg·L-1·h-1、0.50 mg·L-1·h-1。反硝化速率与入流浓度呈正相关。反应器内部平均pH为6.33,呈弱酸性:平均溶解氧浓度为0.49 mg/L,反应器内部呈厌氧状态;ORP均值为-128.3 mV,反应器内部呈还原态;相比于入流温度25.6℃,反应器内部温度升高了 1.3℃。(3)动态模拟试验研究中,在入流浓度为(N03--N:11～13 mg/L,P043--P:0.8～1 mg/L)和HRT=12 h的情况下,稻壳和木片对NO3--N的削减率分别为93%和54%,对于PO43--P的削减率分别为33%和7%。稻壳和木片相应的反硝化速率分别为0.93 mg L-1·h-1和0.55 mg· L-1·h-1。生物反应器中稻壳介质的饱和导水率为6.9±0.3 cm/s。(4)生物反应器中的反硝化反应符合米氏反应动力学方程,当入流浓度低于19.41 mg/L(KM)时,反硝化反应偏向于一级反应;当入流浓度较高时,反硝化反应趋于零级反应,最大反应速率Vmax为3.17mg· L-1·h-1,温度系数θ为1.019。(5)江苏扬州市江都区沿运灌区7、8月份通过农沟输出的NO3--N总负荷监测结果为20154 g/ha。以6 h的水力停留时间为设计标准,处理排水量保证率为90%的情况下需要41.12 m2(1m深)的生物反应器,占排水面积的0.58%,这个规模的生物反应器可减少5155 g的氮输出,占监测期总输出负荷的50.8%。