农村生活污水要求处理技术低能耗、低成本、低投资和高效率。随着城镇化进程以及新农村建设的不断推进,国家对城镇生活污水处理后出水的排放要求也在逐渐提高。目前一些生态型村镇,如上海崇明等,将农村生活污水处理的出水水质从《城镇污水处理厂污染排放标准》(GB18918-2002)中的“一级B标准”提升至“一级A”,因此亟需在现有处理技术技术基础上研发农村生活污水的深度处理技术。本研究受国家重点研发计划“东部河网地区农村供排水一体化技术及应用”项目中课题5“河口岛屿地区农村污水处理适用技术集成与示范”(课题编号:2016YFC0400805)资助,针对农村生活污水的深度净化需求,利用集约式立体生物生态耦合处理设备对二级处理出水进行深度处理。主要研究内容包括集约式立体生物生态耦合处理系统对污水中各污染物的去除效果及影响因素研究、系统的强化除磷效果研究、系统对于污染物的去除机制研究。研究结果如下:(1)研究了系统在水力停留时间为72h、48h、36h和24h四种工况下的运行效果,并设置栽种植物实验组和未栽种植物的对照组进行对比。结果表明,生物生态耦合处理系统实验组对各污染物的处理效果均优于对照组,且在48h工况时处理效果最好,系统COD、氨氮、TP和TN的出水浓度分别为5～12mg/L、2～5mg/L、0.4～0.5mg/L和10～15mg/L,经处理后系统出水浓度均属于国家排放标准中的一级A标准,此工况下COD、氨氮、TN和TP的最大去除率分别为82.31%、88.02%、66.59%和61.57%。(2)为强化系统的除磷性能,通过对陶粒、无烟煤、沸石、石英砂和石灰石5种常用填料进行TP吸附实验发现,对TP的吸附性能最好的是陶粒,最大吸附量为0.0527 mg/g。在系统中添加陶粒后,系统对TP的去除效果得到显著提升,去除率从61.57%上升至88.02%。(3)为探究系统对于污染物的去除机制,采用高通量测序研究了系统内的微生物种群结构。结果表明,生物生态耦合系统反应器实验组内填料表面微生物的优势菌种门类主要包括变形菌门、蓝藻门、绿弯菌门、拟杆菌门和绿菌门;对照组填料表面微生物的优势菌种门类主要包变形菌门、蓝藻门、绿菌门、拟杆菌门。通过Alpha多样性参数对比结果可知,有植物的实验组四个分区内填料表面微生物群落的多样性与丰富度均高于无植物的对照组。实验组美人蕉根系上的优势微生物菌门主要是变形菌门(82%)和拟杆菌门(12%);黄菖蒲根系上的优势微生物菌门主要是绿菌门(37%)、变形菌门(23%)和蓝藻门(16%);梭鱼草根系上的优势微生物菌门主要是变形菌门(47%)、绿菌门(24%)和蓝藻门(12%);芦苇根系上的优势微生物菌门主要是变形菌门(81%)。四种不同植物根系微生物的群落结构各不相同,有所差别。本研究通过对集约式立体生物生态耦合处理系统的运行调控以及性能优化,选择最适运行条件,以期为该系统的工程应用推广提供理论参考,为植物与微生物的协同关系提供了理论支持。