由于人工湿地具有净化效果好,投资少、运行费用低、缓冲容量大、易维护、工艺简单并具有美学价值等特点,现己被广泛应用。但是湿地中氧气不足,制约了其对好氧污染物的去除效果。此外,多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类典型持久性有机污染物,进入水体后会对水体中的动植物及生态系统造成很大的危害,甚至潜在危害到人体健康,引起了广泛关注。人工湿地虽然通过多途径耦合可以有效去除有机污染物,但是针对环境中存在的微量有机污染物,因为其量太少使得微生物难以有效发挥作用。因此如何进一步增强人工湿地对污水中常规污染物及PAHs指标的去除效果,具有重要的现实意义。本研究基于锰氧化物的强吸附性和氧化性,结合微生物电解池(MEC)在阴阳极发生的氧化还原反应,首先构建了 MEC-水钠锰矿沙水平表流人工湿地,研究不同湿地系统对常规污染物的去除效果和微生物机制。在此基础上,为了弥补该湿地系统适应性差、成本高、卫生条价差等缺点,在后续实验中选用成本低廉、易传代培养、能源需求较低的电化学细菌Shewanella oneidensis,构建了电化学细菌-水钠锰矿沙潜流人工湿地,以深入研究不同湿地系统对常规污染物及典型微量有机污染物PAHs的长期去除效果,并掌握其微生物机制。本研究得到的主要结论如下:(1)MEC-水钠锰矿沙水平表流人工湿地对常规污染物均有较好的去除效果。该湿地系统对NH4-N、NO3-N和TN的去除效果最好,去除率分别为94.60±3.31%、95.53±1.34%和94.82±2.59%。与对照组相比,该湿地系统通过微生物作用去除TN的占比为72.73%,通过基质吸附去除TP的占比为42.84%,表现出更强的微生物作用和基质吸附能力。(2)MEC促进了水钠锰矿沙水平表流人工湿地深层基质中Mn(Ⅱ)的氧化,改变了常规污染去除的微生物作用机制。在该湿地系统10-15cm基质中Mn(Ⅳ)的占比为60.06%,高于对照组,可能是因为MEC将Mn(Ⅱ)氧化为Mn(Ⅳ)氧化物。在不同菌群中,Proteobacteria在所有细菌中占主导地位,该细菌的丰度更高可能有助于更好地去除TN。在未添加水钠锰矿沙的对照组中,起作用的主要是与硝化和反硝化有关的微生物。而在加入水钠锰矿沙的两个湿地系统中,起作用的微生物变为了与氨化和锰氧化有关的微生物,且该湿地系统中锰氧化菌的相对丰度最高。(3)水钠锰矿沙与Shewanella oneidensis的同时添加促进了水平潜流人工湿地系统对典型PAHs(芘)的去除效率,且芘的加入影响了湿地系统对常规污染物的去除效率。与对照组相比,该湿地系统对芘的去除效果最好,平均去除率为96.42%。加入芘之后,电化学细菌-水钠锰矿沙潜流人工湿地中NH4-N和TN的去除效率分别下降了 51.13%和30.05%,而NO3-N的去除率明显升高,磷可被吸附能力强的水钠锰矿沙有效吸附。(4)Shewanella oneidensis强化了水钠锰矿水平潜流湿地中的锰循环,影响了该湿地系统的微生物群落结构及组成。在该湿地系统10-16cm基质中Mn(Ⅳ)比Mn(Ⅲ)占比少,可能是在厌氧区Mn(Ⅳ)氧化物可以氧化NH4-N,同时Shewanella oneidensis以Mn(Ⅳ)氧化物为电子受体,将Mn(Ⅳ)先还原为Mn(Ⅳ),同时降解芘等有机污染物。在属分类水平下,与微生物群落分布相关性最大的环境因子是CWs中存在 Shewanella oneidensis,其次是存在水钠锰矿沙,且Shewanella oneidensis和水钠锰矿沙这两个环境因子同时存在的情况下更易影响微生物的群落组成和结构。