目前，随着我国污水处理厂排放标准的提高，大多数市政污水处理厂具有提标改造的技术需求。通常情况下污水处理厂提标改造过程中需要大幅改动原有建筑池体结构和比例，并需额外新建反应池；同时，为了强化总氮(TN)去除，需要大量外加碳源，使污水处理厂提标改造面临极大的资金压力。若能在增加少量投资的条件下，利用现有构筑物进行简单改造并通过工艺优化就能使出水水质达到排放要求，则可极大提高现有污水厂提标改造的经济与技术可行性。
　　在本研究中，设计研制出了一套中试规模的A2/O-MABR系统以强化污水处理厂的碳氮去除效率。在污水处理厂现有A2/O系统中的厌氧、缺氧、好氧和沉降池体积比例保持不变的条件下，将MABR膜组件直接放置在好氧池中，形成A2/O-MABR集成系统。利用MABR生物膜独特的分层结构和丰富的功能菌群群落，在不外加碳源的情况下实现总氮的高度去除。通过分析COD和氮素的去除性能以及经济成本，优化并确定了包括硝酸盐回流比(R)，污泥回流比(r)和好氧池溶解氧(DO)在内的运行参数。通过120天的连续运行，评估了系统运行的稳定性和抗负荷冲击能力。序批式实验测定了A2/O-MABR系统和A2/O系统好氧池内悬浮污泥和生物膜上氨氧化细菌(AOB)，亚硝化细菌(NOB)和异养菌(HOB)的氧气利用率(OUR)。此外，通过高通量测序技术分析了系统内微生物多样性和丰富度以及功能菌群的组成。
　　实验结果表明，在最佳操作条件下(R=200%，r=75%，DO=1.5mg/L)，A2/O-MABR系统的COD、NH+4-N和TN的去除率分别达到了89.0±3.2%、98.8±1.3%和68.5±4.2%，出水浓度分别达到22.6±7.3、0.32±0.2和13.3±1.2mg/L。与A2/O系统相比，A2/O-MABR系统悬浮污泥和生物膜有较高的OUR(分别为58.1和54.5mgO2/gMLSS·h)，以及较低的污泥浓度(1800 mg/L)。高通量测序分析表明，MABR生物膜上富集了丰富的脱氮功能菌群，例如Proteobacteria和Bacteroidetes等常规反硝化菌群，以及Thauera和Paracoccus等好氧反硝化菌群。独特的生物膜分层结构和生物膜上丰富的微生物群落强化了TN的去除。A2/O-MABR系统可节约41.7%的运行能耗和22.4%的污泥处理费用。本研究旨在为进一步研发新型污水强化脱氮技术奠定必要基础。