近年来,河道水体等地表水被氮污染出现黑臭现象,现行方案脱除效率低、运行启动慢;城镇污水处理厂二级处理尾水中硝酸盐含量较高,难以满足提标改造的排放要求。本研究针对上述问题中的脱氮需求,以填料为主体设计、构建模块化的装备,用于处理微污染河水或污水厂尾水。研究同步硝化反硝化、固态缓释碳源脱氮工艺的可行性和模块化设备的优化。构建聚氨酯生物填料、水生植物和底泥一体的模块系统,处理模拟河道微污染水。预先采用城镇污水处理厂活性污泥对聚氨酯生物填料进行浸没装填,能快速实现处理模块的启动。通过分阶段的连续流运行处理模拟黑臭水体,COD_Mn可以从10-25 mg/L降到4-6 mg/L,NH₄⁺-N从5-9 mg/L降到0-0.5 mg/L,TN从5-10 mg/L降到0.5-2.0 mg/L,处理率分别达75%、97%、80%,实现了同步硝化反硝化脱氮。水生植物在聚氨酯生物填料基质上生长正常,底泥中的微型动物实现了污泥的减量。以聚氨酯生物填料为载体、丝瓜络为固体缓释碳源构建反硝化脱氮模块系统,处理模拟污水厂硝酸盐尾水。预先采用城镇污水处理厂活性污泥对填料进行浸没装填,对比试验丝瓜络、复合填料和聚氨酯填料,丝瓜络固体缓释碳源能实现反硝化除氮,硝酸盐氮去除率最高可达76%,出水NO₃^--N低至3mg/L,丝瓜络有轻微的COD析出情况。优化处理过程并提高负荷,系统在3天后就能稳定处理硝酸盐氮,最佳去除率可达62.4%,出水NO₃^--N含量低于4 mg/L;COD析出的问题得到解决,出水COD_Mn基本低于1mg/L。通过该模块实现固体缓释碳源反硝化脱氮,罐体的特殊设计运行灵活、排泥简便、可防堵塞。