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传统生物脱氮技术存在工艺流程长,控制复杂,占地面积大等缺点。而膜曝气生物膜反应器(Membrane-aerated Biofilm Reactor,简称MABR)将微生物和膜技术相结合,凭借能耗低、效率高、占地少、污泥少等优点,逐渐成为污水处理的新工艺。以帘式聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,简称PVDF)膜作为膜曝气生物膜反应器MABR的膜组件,构建与传统同向传质空间结构正好相反的异向传质过程,实现同步硝化反硝化脱氮性能。实验考察了MABR在不同进水浓度下的去除效能,优化了运行条件,研究了MABR在不同碳氮比(C/N)废水处理的效果,探讨了MABR处理低C/N比废水的可行性,同时研究了生物膜在典型条件下的微生物多样性,以及处理不同C/N废水时的微生物变化。不同膜材料的生物附着性能表明,单位表面积(m2)PVDF裸膜可吸附TOC 0.71g,具有突出的微生物吸附性能。MABR系统处理氨氮浓度为30-120 mg/L的模拟废水结果表明,MABR具有较高的COD去除能力,进水COD浓度从300 mg/L提高至1200 mg/L, COD去除率稳定在85%以上。进水氨氮浓度较大影响了系统脱氮性能,当进水氨氮浓度不高于70 mg/L时,MABR系统具有良好的脱氮效果。进水氨氮浓度为70 mg/L时,MABR系统的脱氮能力最强,氨氮去除负荷达到55.67 kg/m3-d,总氮去除负荷达到52.87 kg/m3-d,均高于其他传统生物脱氮反应器。采用聚合酶链式反应的变性梯度凝胶电泳(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,简称PCR-DGGE)结果表明,因系统内好氧与厌氧环境共存的独特结构,典型条件下MABR系统微生物丰富。在MABR生物膜上存在硝化细菌、反硝化细菌、有机物去除菌和其他细菌(如脱硫细菌)。同时,缺氧或厌氧条件下亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas sp.)和浮霉菌群(Planctomycetes sp.)为厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程的功能菌,系统脱氮可能存在厌氧氨氧化过程。MABR系统运行条件优化结果表明,系统优化HRT为24 h、优化曝气压力为0.025MPa、气源采用空气。优化运行条件下MABR系统的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到92.21%、96.80%和83.75%。MABR系统具有良好的稳定性,抗冲击负荷性能强。MABR系统处理低C/N废水的结果表明,MABR系统在优化运行条件下可以有效处理C/N为5：1的废水,COD、NH4+-N及TN去除率分别为84.29%、96.07%、85.59%。MABR系统提供充足的电子供体给反硝化细菌,实现同步硝化反硝化脱氮,节约碳源。PCR-DGGE结果表明,在不同的C/N条件下,系统生物膜反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌变化明显,所以进水C/N对于反硝化作用和ANAMMOX过程影响较大。