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传统脱氮工艺普遍存在工艺流程较长、占地面积大、基建投资高等缺点。科学工作者正在积极开展新型生物脱氮理论及工艺的研究，其中短程硝化—反硝化、同时硝化反硝化工艺具有节约能源、减少污泥量、减少占地面积等优点，倍受广泛地关注。本文对膜生物反应器（MBR）系统内同时硝化反硝化、复合膜生物反应器（HSMBR）系统内亚硝酸型同时硝化反硝化进行了基础研究。主要研究成果如下：（1）在活性污泥系统和MBR系统中都证明了同时硝化反硝化的存在。同时发现：在相同工作条件下，MBR系统对COD、氨氮和TN的去除效率比活性污泥系统中去除效率高。总体来说，MBR系统中更容易实现同时硝化反硝化，并且同时硝化反硝化效果更好。（2）通过对活性污泥系统和MBR系统的同时硝化反硝化影响因素研究表明：DO是同时硝化反硝化的一个限制条件，MBR中DO控制在0.8mg／L～1.0mg／L时，能较好的实现同时硝化反硝化；进水COD／TN比值越低，总氮的去除率相应的也越低；发生同时硝化反硝化的最佳pH值在7.1左右；在不影响硝化过程的前提下，F／M的提高是有利于同时硝化反硝化的进行。另外，污泥有机负荷是影响同时硝化反硝化效果的另一关键因素，MBR系统中，当DO为0.8mg／L时，污泥有机负荷在0.15～0.36kgCOD／kgMLSS·d之间时能发生较好的同时硝化反硝化。根据试验研究，MBR系统中同时硝化反硝化效果最佳的工作条件为：DO控制在0.8mg／L左右，进水C／N比在10左右，F／M为0.34kgCOD／kgMLSS-d，pH值在7.1左右。（3）通过试验表明：DO、C／N比对同时硝化反硝化的影响机制在两种系统（活性污泥系统和MBR系统）中是一致的。（4）采用HSMBR反应器处理氨氮废水可实现稳定的亚硝酸型同时硝化反硝化，其亚硝化率50.9％～80.3％，TN损失率在37％～74.5％，亚硝酸型同时硝化反硝化系统可稳定运行近一个月，但系统亚硝化不能长期稳定。（5）HSMBR反应器中亚硝酸型同时硝化反硝化现象出现的根本原因是：在对DO、游离氨、pH、温度等环境因素的适应过程中亚硝化菌逐渐赢得了生长和活性上的竞争优势，而硝化菌处于相对劣势，导致NO2-—N累积现象出现。（6）采用单级A／O程序复合膜生物反应器（HSMBR）处理氨氮废水，研究了在低DO浓度下系统对有机物、氨氮和总氮的去除效率。研究结果表明：DO在0.5～1.0mg／L时，COD，氨氮的平均去除率分别为94.4％和92.8％。由于进水COD／TN比仅为2.01，则使得总氮平均去除率仅为69.4％，但是当系统NO2-—N累积率从60.5％～67.1％提高到83.5％～86.4％时，系统总氮去除率提高了17.7％。另外，维持低DO浓度可以实现亚硝酸型同时硝化反硝化反应。（7）通过同时硝化反硝化反应机理的分析，建立了膜生物反应器中的同时硝化反硝化反应动力学模型，发现试验结果而求得的硝酸盐饱和常数KNO3要远远高于传统单级反硝化过程模型中的硝酸盐饱和常数，从量化的角度了解了同时硝化反硝化现象。