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近年来，随着我国农村地区居民生活方式的转变，村镇污水中含氮污染物水平日趋上升。为缓解水体富营养化问题，急需对其进行脱氮。考虑到短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等新型生物脱氮技术管理需求较高、稳定性不足，目前传统硝化/反硝化技术仍是村镇污水脱氮的最适合途径。基于我国农村地区的发展现状和村镇污水呈现低碳氮比（C/N）的趋势，对传统生物脱氮技术进行改良和优化，以实现“简单、高效、经济”的污水脱氮和生物质的资源化具有重要意义。本研究将生物膜技术与缺氧/好氧（A/O）工艺融合，根据村镇污水分散处理的原则和清洁卫生的需求，将一体化设备融入其中，构建推流式一体化A/O生物膜反应器，包括缺氧固定床生物膜反应器（Fixed bed biofilm reactor, FBBR）、好氧移动床生物反应器（Moving bed biofilm reactor, MBBR）和小型沉淀区，对低C/N比实际生活污水进行处理。经过603d的试验，主要研究内容与结论如下：（1）考察了不同载体填充率对反应器快速启动的影响。FBBR和MBBR分别填充45%的聚氨酯泡沫和20%的聚丙烯空心环载体可在27d内完成启动；启动后经过22d的优化可实现污泥零回流。（2）优化了反应器处理低C/N比生活污水的脱氮性能。在进水C/N比为2.5-4.0时，控制系统N负荷为0.11kgN/（m3·d），MBBR的污泥龄（SRT）为42±4d，有利于好氧区硝化型生物膜的形成和污泥的稳定化。FBBR内7.2h的缺氧停留时间（HRT）促进了内源反硝化，降低缺氧污泥表观产率。通过间歇排泥简化了运行维护，实现简单脱氮；上述条件下，200%的内回流比（R）可去除进水中69.3%的TN，R大于300%可实现出水TN浓度小于15mg/L，达到城镇污水处理厂一级A排放标准（GB18918–2002），实现高效脱氮；取消缺氧搅拌、污泥回流和较低的R则降低了运行能耗，实现经济脱氮。（3）针对A/O生物膜工艺，提出了通过同步硝化反硝化（Simultaneousnitrification-denitrification, SND）实现村镇污水强化脱氮的运行策略。R=200-350%时，原水中37.7-42.2%的TN通过SND去除，MBBR内生物膜形成的缺氧“微环境”和对原水中碳源的高效利用是关键因素。SND受温度影响较小，在16±0.5℃下，DO=3.5±0.5mg/L，C/N=2.5-3.3时，系统可实现0.353mgN/（L·h）的SND脱氮。（4）论证了长期运行的好氧MBBR中（SRT＞40d）脱氮途径的转变。厌氧氨氧化成为继SND后，实现低C/N比实际生活污水强化脱氮的有力补充。（5）考察了反应器中缺氧剩余污泥作为异养部分反硝化（NO3--N→NO2-N）系统微生物载体以实现资源化的可行性。在以NaAc为碳源的反硝化过程中，在快速生物降解COD（RBCOD）与NO3--N的比值（RBCOD/NO3-）为2.7时，通过pH指示分段进水可稳定实现间歇流运行模式下60%的NO2-N积累率，为部分反硝化系统的实际应用提供了理论基础；pH为9.0-9.6的碱性环境可在内源反硝化阶段成功抑制N2O的释放。（6）考察了好氧MBBR中生物膜应用于预曝气耦合半短程硝化-厌氧氨氧化系统以实现好氧生物膜资源化的可行性。在用于微污染水处理时，较低的污泥浓度（MLVSS）需求和生物膜工艺的长SRT可提高α系数（污水和清水中氧转移系数kLa的比值），降低曝气能耗。当进水NH4+-N和TN浓度均值为分别2.97和6.52mg/L时，控制MLVSS为800mg/L，反应HRT为0.67h，可实现35.3%的平均TN去除率。