随着水体富营养化问题的日益突出、水质指标体系不断严格，废水脱氮问题成为了水污染控制中的热点。传统多级分设备的生物脱氮工艺在废水脱氮方面应用广泛，但存在着硝化细菌易流失、需外加碳源或碱度，容易发生污泥膨胀，工艺流程长，基建投资费用高等方面的问题。为此，本文将移动床生物膜反应器与同步硝化反硝化脱氮技术优势相结合，在单一系统中实现了低碳氮比生活污水的同步硝化反硝化脱氮，并进行了影响因素、微生物脱氮特性、脱氮机理、亚硝酸型同步硝化反硝化脱氮等方面的研究。主要成果如下： 利用独立设计的移动床生物膜反应器对实际生活污水进行了参数性能研究。系统合适的填充率为53％，曝气量为0．07L/h。在此条件下对系统运行方式进行研究，结果表明序批式运行方式处理低C/N实际生活污水效果优于连续式运行方式。序批式系统COD平均去除率为87％左右，氨氮去除率均在95％以上，TN平均去除率为63．24％；连续式系统在水力停留时间为8h时，COD平均去除率85％，氨氮平均转化率82％，TN平均去除率为去除率为54．7％。 采用序批式生物膜移动床系统成功地建立了好氧条件下同步硝化反硝化过程。经过32个周期的驯化培养，在DO为2．5mg/L时曝气的条件下，系统具有较好的同步硝化反硝化脱氮性能。 试验研究了DO、有机碳源、pH、碱度以及生物膜厚度等因素对生物膜系统同步硝化反硝化影响。结果表明，在移动床好氧系统中形成一定程度的TN缺失与DO浓度是相关的，在DO为2．0～3．0mg/L均可获得较好的脱氮效果，改善了活性污泥法中要求低溶解氧的苛刻环境。通过添加有机碳源试验表明，增加碳源有助于提高系统SND脱氮能力，当C/N提高到7时，添加葡萄糖时TN去除率为82．9％，添加甲醇时为84．5％。通过对移动床生物膜系统中单个代表性周期内三氮和有机物降解过程的研究，得出了pH及碱度的变化规律。通过对比研究理论碱度和实际碱度间的关系表明，在移动床生物膜反应器中，同步反硝化作用产生的碱度可以补偿硝化作用消耗的碱度，反应过程中不必再补充碱度。 研究了系统内微生物分布、生物量和生物膜活性特点。微生物分布研究发现，系统中微生物种类繁多数量丰富，含有大量的细菌、真菌，以及钟虫、草履虫和累枝虫等原生动物，形成了一个食物链长的高级营养水平的微生物系统；就分布而言，附着相的生物相比悬浮相的丰富。系统两相生物量特征研究表明，无论是培养驯化阶段还是系统正式运行阶段，附着相的生物量均高于悬浮相生物量，正式运行阶段系统中悬浮相生物量1．215g/L，附着相平均生物量为2．204g/L。两相微生物活性特征研究发现，生物膜具有很强的活性，附着相微生物SOUR为45．58mgO2/(mgMLVSS·h)，硝化活性为6．563 mgNII4+-N/(gMLVSS·h)，反硝化活性为4．014mgNO3--N/(gMLVSS·h)；悬浮相SOUR为20．68mgO2/(mgMLVSS·h)；硝化活性为2．981mgNH4+-N/(gMLVSS·h)，反硝化活性为2．586mgNO3--N/(gMLVSS·h)，通过细菌计数表明，系统中存在大量的反硝化细菌，且填料内壁的最多，其次为悬浮相中，填料外壁的相对较少。 反应器中好氧同步硝化反硝化现象机理研究表明，由于缺氧微环境的存在，使微生物的反硝化作用能够发生，造成系统内好氧条件下总氮的损失。反应器中悬浮相和附着相生物膜的存在，是造成系统内微生物絮体内部微观缺氧环境存在的主要原因。同时，根据Monod方程，推导出了移动床生物膜反应器同时硝化反硝化动力学参数分别为K(NH+4-N)=0．23d-1、KNO2-=1．1d-1、KH,NO3-=5．5d-1，定量解释了同步硝化反硝化现象。 采用聚氨酯海绵填料进行了亚硝酸型SND脱氮研究，成功的实现了亚硝酸型同步硝化反硝化脱氮。在合适的DO浓度、温度和pH等环境因素共同作用下，使亚硝化菌逐渐获得了竞争优势，硝化细菌处于相对劣势，形成亚氮积累。系统在DO为2．0～2．5mg/L，温度为30℃的条件下，连续运行56个周期，实现了较为稳定的亚硝酸型同步硝化反硝化脱氮，系统氨氮平均去除率为96．85％，平均亚氮积累率为79．85％，平均TN去除率为72％。系统中pH值可以满足亚硝酸盐氮积累的环境，不需要人工调节。通过MPN法对填料上亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌进行计数，结果表明，生物膜的亚硝化细菌数量为4．5×105个/mL，硝化细菌2．0×103个/mL，反硝化细菌3．5×107个/mL，亚硝化细菌比硝化细菌高2个数量级，进一步验证脱氮行为是亚硝化型同步硝化反硝化过程。