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近年来，含氮废水对环境的污染越来越严重，急需开发一种脱氮效果好、简便节能的生物脱氮工艺。在含氮废水的处理工艺中，悬浮填料移动床生物膜反应器（MBBR）广泛应用，具有占地面积小、产生污泥量少、运行成本低等优点，但同样存在一些不足，如悬浮填料由于密度和曝气的不均匀出现的堆积现象。本文对传统MBBR反应器优化设计，进行竖向分层，使填料在反应器中均匀分布，从而提高处理效率。试验利用自制的分层悬浮填料移动床生物膜反应器（LMBBR）处理合成氨工业废水。考察了LMBBR中微生物的挂膜过程、驯化过程中微生物相的变化和反应器内污染物浓度的降解情况；对影响反应器处理效率的因素（温度、HRT、DO、C/N值、pH值、填充率等）进行了科学分析；与不分层MBBR的处理效率进行了比较；并探究了反应器净水的机理。试验主要得出以下结论：（1）在单因素影响的试验中，分别探究了各个因素的不同水平上对LMBBR净水的效果，然后对多个因素进行正交试验分析，确定了LMBBR反应器净水效果的最优条件：水温25~28℃，填充率30%，HRT6h，pH值在7.5左右，DO值在3.0mg/L左右，进水C/N值为7。（2）LMBBR反应器在最优化条件下运行时，进水中的主要污染物氨氮、COD、硫化物的去除率分别为76.3%、92.6%和79.7%，其出水水质基本达到合成氨工业污染物排放标准（GB13458-2001）。（3）试验研究了单个反应周期内硝化反硝化的特征，发现LMBBR反应器的SND率在很高的水平。生物膜的耗氧速率OUR和比耗氧速率SOUR分别为220.32μgO2/(g陶粒·h)和6.51μgO2/(mgVS·h)，载体陶粒上平均生物量可达33.85mgVS/g陶粒，试验数据表明反应器内的微生物处于很高的活性。（4）LMBBR反应器处理合成氨工业废水时，出水中COD和NH4+-N的浓度分别为180.47mg/L和91.87mg/L，比MBBR不分层时的处理效果有明显的改善，表明分层后的MBBR反应器用于废水处理具有很好的可行性。