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污水处理是防止污染排入环境的有效手段。对城镇生活污水如发展中国家的分散污水而言，研发可靠、经济高效的污水处理技术已成为严峻挑战。厌氧膜生物反应器(AnMBR)在出水水质、碳足迹、成本和维护上的优势使其成为较为适用的新型技术，但膜污染是其推广应用的瓶颈之一。本研究的目的是开发一种新型AnMBR-序批式反应器(SBR)组合工艺，并通过优化AnMBR及SBR短程硝化-反硝化脱氮的运行条件，将其应用于有机质和氮的去除。此外，本研究考察了膜生物反应器运行效果、膜污染及其表征和膜清洗策略。本文还研究了微生物群落结构变化，考察了AnMBR和AnMBR-SBR组合工艺的功能菌群演替。主要研究结果如下: 1)开发了新型处理生活污水的厌氧膜生物反应器-序批式生物反应器(AnMBR-SBR)组合工艺。该组合工艺不仅可解决碳源不足、节能和污泥减量等问题，而且可以通过实时控制有效去除COD和氮磷等污染物，例如有机负荷0.70、1.5kgCOD(m3·d-1)的COD去除率分别为94％和90％以上，出水TP和TN分别低于0.5mg/L和15mg/L。实时控制系统可有效实现短程脱氮，既确保出水水质，又可节省能耗。 2)优化了AnMBR的工艺操作参数，揭示了微生物群落演替特征。分别在有机容积负荷0.25、0.70、1.5kgCOD/(m3·d-1)的条件下考察COD去除效果和微生物群落演替特征。结果表明，这三种有机容积负荷下，AnMBR均具有较好的COD处理效果，出水浓度均低于50mg/L，去除率达到90％以上。微生物群落演替分析表明，细菌与古生菌的变化较大，变形菌门与拟杆菌门属于优势菌群。高通量测试结果表明，由启动阶段转变到稳定阶段后，细菌与古生菌变化明显，变形菌门Proteobacteria和拟杆菌门Bacteroidetes为优势菌。变形菌门类细菌在稳定阶段的第140、162与190天时为优势菌。负荷冲击阶段（第210天），拟杆菌门Bacteroidetes(30％)、变形菌门Proteobacteria(23％)和厚壁菌门Firmicutes(18％)成为优势菌，且仅有产甲烷菌Methanobrevibacter(0.7％)存在。经过负荷冲击阶段，AnMBR中乙酸产甲烷菌占优势。第360天，变形菌门类Proteobacteria、无分类菌Unclassified、拟杆菌门Bacteroidetes、厚壁菌门Firmicutes与疣微菌门Verrucomicrobia是主要的优势菌。在第430天时，古生菌Euryarchaeota和Pacearchaeota的相对丰度分别达到1.18％和1.83、2.3％与0.09％。 3)揭示了不同有机容积负荷下(0.25、0.70kgCOD(m-3·d-1))AnMBR的膜污染特征。定期清洗对膜表面污染物具有较好的去除效果，但不能有效去除膜孔内的污染物。产水循环清洗配合化学清洗策略对恢复膜通量最为有效。以NaOH、NaClO与柠檬酸分别作为化学清洗剂时，NaClO去除有机污染物最有效，柠檬酸去除膜垢最有效。膜污染物的主要成分是蛋白质、碳水化合物、腐殖酸与富里酸。 4)AnMBR-SBR组合工艺的污水处理效果优异，揭示了SBR中微生物群落特征。厌氧膜生物反应器在运行550天后与序批式反应器(SBR)连接，SBR处理AnMBR出水，考察该组合工艺的COD与氮磷去除效果稳定性。AnMBR在有机负荷分别为0.70kg COD(m-3·d-1)、1.5kgCOD(m-3·d-1)条件下，COD去除率分别达到90％、94％以上。SBR在实时控制模式下运行，氨氮去除率达到99％以上，出水TP与氨氮的浓度均低于0.5mg/L，亚硝酸盐与硝酸盐的平均浓度分别为8.36mg/L和1.81mg/L。亚硝酸盐积累率达到85％以上。同常规SBR工艺相比，实时控制策略可以使氨氧化菌呈现出较高的相对丰度。在短污泥停留时间（SRT）9.3天的条件下，SBR在第三阶段的运行效果优异，这是因为可以持续地将NOB淘洗。微生物菌落分析表明，氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas的丰度较高，而亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira的丰度较低。SVI大于150mL/g表明污泥沉降性能已恶化。高通量测序分析结果表明，SBR中的丝状菌(Thiotrix)得到了富集。