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随着中国农村向城镇化的迅速发展,农村生活污水的排放量也在与日俱增,高COD、高N含量的生活污水被大量排放造成的水污染问题日显突出。农村生活污水具有总量大、排放分散、污染程度高、水量水质变化大、远离市政排污管网和大型污水厂等特点,一般不经任何处理就排入附近河流湖泊,造成严重的环境污染。农村生活污水已成为自然水体污染的重要因素,适合农村生活污水特点的小型化水质净化工艺成为迫切需求。人工湿地水质净化系统由于具有工艺简单、能耗低、便于分散建设和管理等优势,尤其适合我国广大农村和中小城镇的污水处理现状,成为农村生活污水处理的最优工艺之一。人工湿地对氮的去除主要依靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用,其中,氨化和硝化作用主要是在好氧环境中进行的,而反硝化作用则依赖于厌氧条件来完成。传统潜流人工湿地由于结构的限制,自身不能同时提供好氧和厌氧环境,单一类型的潜流人工湿地TN去除率往往不高,一般在40%-55%之间。要从根本上解决这个问题,设计时必须要保证水中有充足的溶解氧以完成NH4+-N的硝化,同时又要使反硝化细菌有适宜的厌氧缺氧环境和充足的有机物来源,以保障反硝化过程顺利进行,以此达到提高NH4+-N和TN去除率的效果。针对这一问题,本研究的目的就是通过优化传统潜流湿地内溶解氧分布状态,最大程度改善人工湿地填料下部氧气分布,改善好氧和厌氧微生物的数量和活性,以提高其对生活污水水质净化的效率。本研究对传统潜流湿地进行了不同区段的划分,对其进行结构优化和功能强化,设计了不同结构的好氧／厌氧多级串联潜流人工湿地,研究了好氧／厌氧段比例、位置、人工曝气、补充进水等因素对出水水质的影响,并与传统潜流湿地进行净化效果的比较。结果表明,当水力停留时间为5d,进水平均浓度COD为184.55mg·L-1、NH4+-N为21.72mg·L-1、TN为22mg·L-1时,传统潜流湿地对COD、NH4+-N和TN的去除率分别为70.3%、18.4%和40.6%,以好氧／厌氧／好氧段方式串联采用前部和后部曝气并作厌氧处理的潜流湿地(即O-A-O曝气组)去除率为90.1%、99.7%和50.7%,进一步优化结构和比例的O-B-A-A-O曝气多点进水组的去除率分别为91.6%、100%和87.7%。可见,在实验条件下O-B-A-A-O曝气多点进水组对污染物的去除率最高,改良后的湿地可以达到净化工艺优化的需求。相同结构的SFCWs由于曝气状态的不同,出水水质有显著差异,曝气能够提高COD和NH4+-N的去除率。在曝气状态下,人工湿地结构和曝气段的位置对COD和NH4+-N的去除有显著影响。DO、碳源等都是影响反硝化作用的重要因素,补充进水后,湿地对TN的去除率有显著提高。