我国是一个严重干旱缺水的国家。目前,我国水资源短缺和水资源污染问题依然十分严峻。随着农村地区经济社会发展,农村地区的水资源问题日益突出。长期以来,国家水污染防治的重心一直放在大中城市,农村地区水环境污染治理相对滞后,造成我国农村地区面临水资源供需矛盾突出、水资源污染严重以及农村生活污水处理严重滞后等诸多问题。因此,加快农村地区生活污水设施建设和技术研发推广,探索出一种与农村水环境特征和农村水资源特征相匹配的处理技术刻不容缓。近年来,土壤渗滤系统以其基建运行费用低、运行出水稳定、运行成本低、节省空间等特点成为农村地区生活污水处理技术的热点。本课题组基于土壤渗滤系统的技术原理,设计研发了发明专利——一种叠层滤水箱水式污水处理装置。为了提高装置的去污能力,优化装置的处理效果,选择出一种最佳的结构方案和运行方案,本试验研究以提高装置对有机污染物、氮、磷等污染物的处理效果为目标,采用对比分析的方法,从基质滤料的选择、装置的结构优化以及装置运行参数的优化三个方面下手,进行了试验研究。首先,本研究对叠层滤水箱式污水处理装置选用的基质滤料进行了筛选,试验选取沸石、活性炭、页岩陶粒、膨胀蛭石、粉煤灰陶粒、黏土陶粒、瓷砂陶粒七种不同的基质滤料作为研究对象,进行氮磷静态等温吸附试验,考察其氮磷吸附性能。试验结果表明:在七种基质滤料中,通过对氨氮理论饱和吸附量和吸附强度进行对比,其吸附能力为:沸石>膨胀蛭石>粉煤灰陶粒>活性炭>页岩陶粒>瓷砂陶粒>黏土陶粒。其中,沸石的氨氮吸附性能最佳,最大吸附量为167mg/kg。通过对磷理论饱和吸附量和吸附强度进行对比,其吸附能力为:粉煤灰陶粒>页岩陶粒>活性炭>沸石>膨胀蛭石>黏土陶粒>瓷砂陶粒。其中,粉煤灰陶粒的磷吸附性能最佳,最大吸附量为985mg/kg。通过对七种基质滤料的氮磷吸附性能进行综合考虑,选择沸石、活性炭、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀蛭石五种基质滤料作为本试验的基质滤料。其次,本试验对叠层滤水箱式污水处理装置的装置结构进行优化。试验以实验室自配的模拟生活污水作为考察对象,以上阶段试验选取的沸石、活性炭、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀蛭石五种基质滤料按照体积比1:1:1:1:1的比例混合装填,考察不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对有机污染物以及氮磷的去除效果。试验结果表明:不同层数的叠层滤水箱式污水处理装置的去污能力存在一定差异。其中,装置对有机污染物和氨的去除,5层和6层的装置明显好于3层和4层的装置,均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准。不同层数的装置对磷的去除效果影响不大。综合考虑,本装置5层装置为最佳的选择,既保证了处理效果,又达到了一定的经济性。最后,本试验对装置进行运行参数优化。试验以实验室自配模拟生活污水作为实验对象,选用五层叠层滤水箱水式污水处理装置,考察进水方式、水力负荷以及干湿比等运行参数对装置去污净化能力的影响。试验结果表明:采用间歇式进水方式时,装置对有机污染物和氮磷去除效果最佳。其装置出水COD_cr、NH₃-N、TN、TP平均去除率为90.6%、90.41%、81.2%、95.8%。;当水力负荷为0.3m³/（m²?d）,系统出水COD_cr、NH₃-N、TN、TP浓度均值分别为33.2mg/L、6.2mg/L、9.1mg/L、0.2mg/L,去除率均值为90.0%、80.8%、78.2%、95.8%。当干湿比为较大时,装置更有利于COD_cr和NH₃-N的去除。当干湿比较小时,装置对TN的去除效果更佳。不同的干湿比对磷的去除效果影响不明显。