近年来,农村的生活经济水平迅速提高,人类活动加剧,工农业的迅速发展得到了进一步提升,农村水环境的污染问题也逐渐变得严重,尤其是农村废水中氮污染的问题逐渐引起了广泛关注。与人工湿地等传统的土壤处理技术相比,多介质土壤层渗滤（MLS）系统是一种更为经济有效并且具有巨大潜力的分散式污水处理技术。传统的MSL系统往往会因为外加曝气而增加设计和维护成本并导致系统中硝酸盐的积累,不利于微生物的生存。同时,传统的MSL系统对于材料的改性处理方面研究较少。另一方面,系统中的微生物是废水处理过程的关键在素,但其在MSL脱氮处理过程中发挥的作用的研究仍不充分。为了提高MSL系统中微生物的性能,优化MSL系统的运行条件,本研究采用析因设计的实验方法,对不同运行条件下的MSL系统的处理效果进行了分析和探讨。所选择的三个运行参数分别为因子A-改性生物碳的质量,因子B-进水氨氮的浓度,因子C-间歇进水时间。实验共运行了178天。材料改性方面选取生物碳进行研究,通过一系列表征手段以及动力学和吸附等温线模型拟合最终发现酸质子化能进一步提高铁基生物碳的硝酸盐吸附能力。硝酸盐在生物碳上的吸附是物理化学复杂的单分子层吸附。通过MSL的出水性能分析,三个实验因子均对MSL系统的处理性能产生了明显的影响,并且多介质土壤系统具有很好的长期运行稳定性。通过对比得知:添加改性生物碳和进行间歇复氧能够有效提高MSL系统对于COD和氨氮等污染物的去除效果。利用COD、氨氮、总氮和总磷的最后一周期去除率的平均值作为响应值创建了关于实验因子的多元非线性回归模型,并通过单因子分析因子交互影响分析发现:进水氨氮浓度对四种响应值均存在消极影响,而添加改性生物碳对四种响应值均存在积极效应。间歇复氧对除TN外均存在积极效应。在研究中,我们还使用微生物组学测序来揭示MLS系统运行过程中土壤混合模块（SMB）中微生物群落在运行前后的变化情况。并讨论了微生物在废水处理过程中所起到的作用,以及所设置的每个实验因子条件对具有不同功能微生物所产生的影响。OUT测试和物种分布结果表明,改性生物碳的添加（A1）、较低的氨氮进水浓度（B-1）和间歇复氧（C1）均对微生物的丰度有正向影响。为了深层次的探究脱氮过程中的机理,我们选取了与硝化和反硝化过程密切相关的基因和酶进行了丰度与活性的测试,并发现改性生物碳的添加能够提高MSL,系统中与反硝化过程相关基因的丰度。相比于NXR酶,AMO酶的活性对硝化过程的效果产生的影响更大,间歇复氧的情况下对narG基因的丰度起到了抑制作用,但是对于NAR酶的活性却产生了积极的影响。本文的结果将有助于我们从材料、运行条件和微生物等方面了解MSL系统污水处理的复杂过程,尤其是MSL系统中氮的处理有了更深层次的认识。这为以后MSL系统的优化和进一步改进提供了数据支撑。