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有限的水资源和确保清洁水的获得使世界面临严峻的环境挑战。在高度工业化的国家，如中国，水污染率很高，导致人类消费所需的淡水不足。在这方面，大规模集中的废水处理系统被认为是高度工业化国家的特征，并且长期以来被认为是废水处理中非常成功的方法。尽管在中国大规模的废水处理系统十分普遍，但该国仍然继续遭受淡水短缺和水资源恶化的影响。特别是，农村生活废水已成为淡水水体污染的重要来源。本论文建立了耦合生物单位（厌氧折流板反应器，缺氧池和好氧单元，A20）和生态单位（平流人工湿地）的改良生物生态A20-人工湿地系统，并确定了该系统的关键性能指标。 本论文研究了不同季节（夏季，春季，秋季和冬季）下ABR（厌氧折流板反应器）的性能和特性。ABR实现的COD去除效率分别为74％（夏季），68％（春/秋季），62％（冬季）。在整个研究期间，室Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ显示出高的COD去除率。在较低的OLR（有机负荷）下，COD去除率高。在所有季节，沼气产量随着HRT（水力停留时间）的增加呈下降趋势。与其它隔室相比，隔室Ⅰ中VFA（挥发性脂肪酸）的合成较明显。ABR仍有达到更高效率的潜力，并适用于所有类型的季节和温度条件。 对A2/O-CW过程中缺氧消化对于反硝化和去极化的性能和特性进行了研究。研究了主要参数如:回流比，溶解氧(DO)和氮负荷，以优化对缺氧池中的化学需氧量(COD)，总氮(TN)，氨氮(NH4-N)，嗅阈值(TON)和硫化物的去除。回流率在夏季，冬季和春季的最佳值分别为100％，200％和150％。夏季最佳TON去除效率为92％，冬季为93％，春季为90％。TON值随硫化物浓度线性增加。通过增加流入物DO，TON和硫化物的去除效率增加，而硝化过程减少。该系统的特点是针对反硝化和去极化的缺氧消化效率高， 在整个工艺流程中，生物生态处理系统对污染物的去除效率较高，成功实现了化学需氧量(COD)，氨氮(NH4-N)，总氮(TN)和总磷(TP)。出水中的污染物浓度低于中国国家标准GB18918-2002的Ⅰ级A指标。该工艺除去效率高，操作简单，能耗低。A20-人工湿地是农村废水处理系统的良好选择。 人工湿地用于处理废水，可以通过选择合适的底物来改善其应用，性能和功能。不同的植物在人工湿地系统中吸收营养盐的能力可能不同。在这项研究中，Michaelis-Menten动力学提供了一个有用的工具，用于识别植物营养物摄取效率以及进行植物的选择。研究了六种经济植物物种（茄子，芜菁，空心菜，秋葵，辣椒，韭葱）的营养摄取动力学Michaelis-Menten常数(Km)和最大摄取速率(Imax)。空心菜对所有三种养分(PO4-P，NO3-N和NH4-N)的最大吸收能力都更高，芜菁、秋葵和韭葱对三种养分的吸收能力次于空心菜。空心菜对所有三种营养物具有最高的Imax和最低的Km值，并且在高PO4-P，NO3-N和NH4-N营养条件下具有良好的调节能力。茄子的Imax和Km值相对较小，适合低营养浓度环境，而芜菁、秋葵和韭葱的Imax和Km值相对较大，适合处理高营养浓度的废水。 通过使用人工湿地种植经济蔬菜进行废水处理可以同时起到克服水和食物短缺的作用。在自然条件下，选择了韭葱(A.tuberosum.)、茄子(P.heteroclada)、空心菜（Ipomoea aquatica Forsk.）和辣椒（C.esculenta）等植物在混合人工湿地中生长。研究NO3--N/NH4-N比对氨氮和硝态氮和总氮去除率的影响。空心菜（Ipomoea aquatica Forsk.）和茄子（P.heteroclada）在氨氮浓度较高时表现出了较高的的氨氮去除效率，而当废水中硝态氮浓度较高时，韭葱(A.tuberosum)表现出了较高的硝酸盐氮去除率。与其他蔬菜相比，辣椒(C.esculenta)对两种氮源的去除率均较小。 从污水中去除营养盐对于避免接收水体水质恶化是至关重要的。试验规模混合人工湿地(CW)系统是浮岛型人工湿地(CFW)和水平流人工湿地(HFCW)的组合，并且全年运行，覆盖所有季节。进行研究以调查CW系统的性能，考察空间布置，水深和营养物去除的季节性等因素。选择九种不同的经济植物并分成四组，分季节地在四个CW系统（CW-Ⅰ至CW-Ⅳ）中培养。实验表明，去除效率沿床增加，大部分TP的去除发生在第二床，而TN和NH4-N的去除与植物根系和生物量相关。营养物去除的最佳水深为35cm。TN和NH4去除模式在不同的CW中基本相同。在前三个系统中，TN和NH4去除率在夏季比冬季高，只有CW-Ⅳ与之相反。