我国农村地区水处理设施不完善,生活污水直排,造成水环境污染,直接危害居民生命健康。因此,提高农村地区污水处理,保障水质安全,对振兴乡村具有重要意义。针对农村污水特点,在传统单功能区（好氧或厌氧）为主的膜系统基础上,本文开发一种缺氧-好氧串联式双功能区重力驱动膜系统,使系统内形成微生物群落结构差异化分布,在未添加碳源条件下实现系统对有机污染的高效去除。结果表明:系统内好氧区和缺氧区存在不同的微生物菌群优势结构,在缺氧区内,酸杆菌（Acidobacteria）、放线菌（Actinobacteria）、硫杆菌（Thiobacillus）、和长蝇菌属（Longilinea）为主要优势细菌群落,这类细菌可以有效降解复杂的有机聚合物并产生生物活性分子,厚壁菌门可以促进反硝化过程发生。在好氧区内,充足的DO和丰富的有机质促使微生物大量繁殖,产黄杆菌（Rhodanobacter）和硝化螺菌属（Nitrospira）等细菌确保了异养亚硝酸盐氧化过程和硝化过程的实现。因此,系统对氨氮（NH4+-N）的去除率可以达到93%,TOC和COD的去除率达到77%和98%,系统去除效果明显优于常规的重力式膜系统（NH4+-N,TN和COD去除率为18%,17%和70%）。缺氧-好氧串联式双功能区重力驱动膜系统内不同微生物群落功能的实现有效的提高了系统内有机物的去除效率。为保障农村水质安全,针对低有机质的水体,开发一种多级功能区串联式重力膜处理系统,改善低有机质水体脱氮效能。系统通过安装活动挡板,改变进水流动路径,通过DO消耗构建不同环境微区,实现多种氮转化路径共存,提高脱氮效果。结果表明:调节系统环境的DO和底物分布可以改变系统内功能微生物群落的结构优势,促使奇古菌（Thaumarchaeota）由原水的0.019%增加到低DO区的42.58%和生物膜区的33.25%。由于Thaumarchaeota的生长速度快,并具有比其他氨氧化菌高200倍的氨亲和能力,致使系统可以在低有机质负荷下实现高效脱氮,系统NH4+-N的平均去除率为94.68%。皮尔逊相关系数分析发现氮转化基因对之间存在功能互补关系,促使系统内实现内源性反硝化、硝化、部分硝化、异硝酸盐还原过程的协同作用。针对重力膜系统膜污染问题,采用微米级颗粒材料对膜表面进行沉积,并探究微细颗粒层对膜通量稳定性和膜污染的影响。结果表明,沉积微细颗粒层的膜可以在不损害膜内孔结构的情况下赋予膜更高的亲水性（膜表面接触角由93±8.31°分别降到59±4.15°和50±2.21°）,提高膜稳定通量。与原膜的性能相比,沉积微细颗粒层膜的纯水通量分别被提高57%和48%。微细颗粒层在膜表面的沉积能有效提高膜表面的界面自由能(ΔG由-78.04 m J m-2分别提高到-41.47 m J m-2和-39.34 m J m-2),减少生物大分子有机物（如细胞和多糖）在膜表面的粘附。同时,微细活性炭颗粒层在膜表面的沉积能提高污染层对大分子有机物的降解能力,延长膜过滤时间。微细沸石颗粒层在膜表面的沉积使膜表面更易被亲水性蛋白覆盖,形成水化膜,有效防止疏水性污染物在膜表面的粘附。本文构建了缺氧-好氧串联式双功能区重力驱动膜系统和多级功能区重力膜处理系统,系统通过不同环境微区实现提高优势微生物菌群的功能,实现重力驱动膜系统滤水效能的调控,同时采用微米级颗粒对膜表面进行沉积,缓解膜污染形成。研究为农村地区污水处理和水质安全保障的工艺选择提供了重要的参考。