农村水污染问题受到普遍关注，农村生活污水是重要的污染源之一。人工湿地具有投资低、运行费用省和操作管理简单等特点，是一种适宜农村生活污水处理的技术。但传统人工湿地具有溶解氧供应不足、脱氮效果差、水力负荷低和易堵塞等不足。为此，本研究开展了跌水充氧-矿物填料强化垂直流人工湿地(Vertical flow constructe wetlands，VFCWs)性能的研究。　　 构建了填充沸石和石灰石混合填料的垂直流人工湿地(CW1)和只填充沸石的垂直流人工湿地(CW2)，其表面积均为0.75 m2。运行试验表明：CW1和CW2前三个月的平均脱氮效果分别为80％和95%；稳定运行后，进水SS、COD、NH4+-N、TN和TP的平均浓度分别为35 mg/L、113 mg/L、81 mg/L、87 mg/L和6 mg/L，CW1对SS、COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为89%、83%、61%、55%和74%。该系统具有去除效果好、不堵塞、无能耗和维护简便等优点，适宜于我国农村生活污水的处理。　　 对比CW1和CW2的处理效果可知，在运行第一年期间，由于沸石对氨氮的吸附作用，CW2对氮的去除效果明显优于CW1，NH4+-N的去除率提高5%-36%。但长期运行条件下，当沸石吸附氨氮饱和后，CW1和CW2的脱氮效果没有明显差异。　　 针对人工湿地内溶解氧不足制约有机物去除的问题，发明了一种多级双层迂回漫流跌水充氧装置。研究结果表明，相对于直接跌水，多级双层跌水充氧装置每米跌水高度能够提高溶解氧2-6 mg/L。安装六级双层迂回漫流跌水充氧装置后，CW1对BODs的去除负荷从8.1 g·m-2·day-1提高至14.2 g·m-2·day-1。　　 水力负荷(Hydraulic loading rae，HLR)是VFCWs的重要设计与运行参数，研究表明，在0.04 m3·m-2·day-1至0.19 m3·m-2·day-1范围内，HLR对VFCWs去除COD和SS的影响不大，但对氮和磷去除效果的影响比较显著。VFCWs去除SS和COD的最佳HLR为0.12 m3.m-2·day-1，而脱氮除磷为0.04 m3·m-2·day-1。因此，HLR与进水水质和去除的目标污染物有关。为使COD和SS的去除率达90%以上，TN和TP的去除率达70%以上，VFCWs进水的COD、SS、TN和TP污染负荷分别不宜超过20 gCOD·m-2·day-1、5 gSS·m-2·day-1、3.0 gTN·m-2·day-1和0.2 gTP·m-2·day-1。　　 对不同运行条件和不同运行阶段VFCWs内污染物的分布与去除特征进行了解析。结果表明，COD沿VFCWs纵向的分布状况在不同运行阶段基本相同，COD主要在VFCWs内自由液面和上层15 cm填料层被去除。而NH4+-N和TN沿VFCWs纵向的分布状况在不同运行时期呈现不同的分布特征。运行前期(第一年)，氮在整个35 cm填料层被均匀去除；稳定运行后(第二年后)，氮主要在上层2-15 cm填料层被去除，且HLR越低，氮在VFCWs表层被去除的量越多。稳定运行后ORP的纵向分布与氮的分布规律一致，即HLR降低，VFCWs内不同深度填料层的ORP明显升高。VFCWs内部ORP是氮的纵向分布及去除的主要制约因素。　　 对VFCWs内微生物群落结构特征的研究表明，低水力负荷下，系统中存在的厌氧氨氧化细菌、硝化细菌、反硝化细菌和反硝化除磷菌等功能菌群更多，因而脱氮效果更好。在本研究的VFCWs内，运行初期的脱氮途径主要是沸石对氨氮的吸附作用；运行稳定后(沸石吸附氨氮饱和后)，则主要通过微生物的转化作用。