十三五时期,我国城镇化进程不断推进,经济迅猛增长,农村生活质量不断改善。然而经济发展的同时,不发达省份农村生活污水收集、处理设施建设未能跟上发展步伐,仍有大量农村生活污水未经处理直接排入天然水体,农村水环境面临严峻挑战。现有的城市污水处理工艺存在投资大、运行费用高和管理复杂等缺点,无法在农村广泛应用。因此,寻找符合农村特点、建设成本较低且易于维护的工艺来提高农村生活污水尾水水质,势在必行。本文针对农村生活污水尾水氮、磷浓度过高的问题,在以沸石为主材料的传统人工湿地基础上,分别以铁碳填料、活性炭为添加物（5%）,设计建立了3种竖直潜流人工湿地系统。重点考察了包括铁碳人工湿地(W_IC)在内的3种湿地系统在不同HRT、铁碳质量比、进水C/N比、温度下对农村生活污水尾水的处理效果,对基质微生物群落结构和脱氮除磷功能基因进行测定和分析。取得的主要成果如下:1.在环境温度25℃-35℃时对比3种系统在不同水力停留时间下的运行效果。当HRT为1d,表面负荷为0.2081 m³/m²·d时,W_IC的COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、TP去除率分别为83.2%、87.3%、81.9%、87.8%、83.7%,出水水质达到地表Ⅴ类水标准。与对照组相比,W_IC的NO₃^--N、TN、TP去除效率分别提高19.7%-52.9%、6.4%-21.8%、44.6%-52.5%。对不同点位的污染物浓度和理化参数进行测定,结果表明,铁碳填料使系统下层（40cm处）单层去除率明显上升,W_IC的NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、TP去除率比对照组分别提高了4.9-11.1%、53.2-58.3%、26.5-41.8%、25.5-28.6%。与此同时,系统下层DO消耗量增加,p H升高,ORP电位低于100mv,更具还原性。2.对比分析典型周期（HRT=1d）下铁碳质量比、进水C/N比、温度等因素对不同湿地系统运行效果的影响。不同的铁碳比例影响着铁碳填料的处理效果,当铁碳质量比为5:1时,W_IC对NO₃^--N、TN、TP去除率最高,分别为81.9%、83.9%、87.8%。接着对限制脱氮除磷的因素之一——进水C/N比进行研究,三种系统COD出水浓度保持稳定,NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、TP去除率明显上升,W_F和W_IC受碳源影响大于W_C;当进水C/N比≤3.52时,各湿地系统TN内各组分比例无明显变化,当进水C/N比≥4.70时,W_IC出水中NH₄⁺-N比例上升至87.6%,NO₃^--N比例下降12.0%,情况与对照组相反。最后对限制微生物活性的因素之一——温度进行研究,对比了3种人工湿地夏冬两季的运行效果。当环境温度低于15℃时,3种系统NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、TP去除率分别下降3.1%-32.9%、44.6%-96.0%、19.0%-59.3%、2.7%-20.7%。W_F和W_C中NO₃^--N出现负增长,W_IC系统的NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、TP去除率分别为84.2%、35.2%、64.8%、90.5%。3.为探究基质对系统内功能微生物定殖分布的影响,对3种系统不同基质层内的细菌进行了高通量测序。Alpha多样性分析中,W_C、W_IC下层基质中OUT number、observed＿species、shannon指数、simpson指数均高于W_F,投加活性炭和铁碳材料均能提高系统内土壤细菌群落的丰度和多样性。Beta多样性分析中,Weighted Unifrac热图和PCA分析菌表明,不同系统和同一系统内的不同基质层间的细菌群落差异明显。注释分析结果可知,活性炭和铁碳材料的投加降低了硝化菌目（Enterobacteriales）的丰度;铁碳材料的投加使系统内反硝化菌目（Rhodocyclales、Nitrosomonadales、Burkholderiales）、电子转移的相关菌目（Methanobacteriales、Geobacter、Desulfuromonadales）进一步富集,系统内存在更为高效的反硝化方式。4.为了进一步明确不同系统的脱氮除磷能力,对参与脱氮除磷的部分功能基因进行实时荧光定量PCR检测,确定了不同功能基因的丰度。检测结果表明,W_IC内AOB-amo A数量较对照组高出1个数量级,但铁碳填料的化学反应导致出水NH₄⁺-N浓度升高。反硝化功能基因nir S、nir K、nos Z,厌氧氨氧化基因hzs A在W_IC下层基质中数量分别高出W_F、W_C湿地1～3个数量级,铁碳填料能促进脱氮功能基因的富集;对PPK基因检测结果同样表明,铁碳填料同样促进了聚磷菌（PAOs）的富集,W_IC湿地铁碳层中PPK基因数量分别为W_C沸石层和W_F活性炭层的4.67倍和3.01倍,系统内存在着化学、生物协同的多途径强化除磷。研究结果表明,铁碳人工湿地具有良好的脱氮除磷能力,能为提高农村生活污水尾水水质提供一种新的思路,也能为相关领域的科学研究和工程实践提供一定的参考。