随着经济社会的发展,硝酸盐（NO3-）已成为水环境中的主要污染物,水体中高浓度的NO3-已对生态环境和人类健康造成了严重威胁。氢基质膜生物膜反应器（H2-MBf R）在处理NO3-污染上具有诸多优势,传统的H2-MBf R运行模式在气体逆扩散作用下存在H2传质效率下降的问题,进而导致反应器中NO3-去除性能降低。但迄今为止,关于如何抑制H2-MBf R中的气体逆扩散尚未形成成熟的调控策略。本研究建立了两套H2-MBf R,装配了原位监测和自动排气系统,对H2-MBf R中气体逆扩散作用进行了具体研究,建立了一种新的调控策略,达到优化反应器脱氮性能的目的,其成功运用和开发具有良好的社会、经济和环境效益。主要研究成果如下:利用20 cm、40 cm、60 cm的中空纤维膜（HFM）搭建的短期H2-MBf R研究结果表明:逆扩散作用是导致HFM表面氢气浓度降低的主要原因,20 cm、40 cm、60cm的HFM搭建的短期H2-MBf R中,HFM末端H2浓度分别为399.4μmol/L、318.4μmol/L和181.9μmol/L,H2浓度的降低导致电子供体减少,进而影响生物膜厚度。HFM表面距离供气端越远,受逆扩散作用的影响越大,膜腔内H2分压越小。H2供气压力可以抑制逆扩散作用,供气压力越大,HFM末端H2浓度越大,反应器受逆扩散作用影响越小。以60 cm长度HFM搭建长期H2-MBf R,研究发现:H2供气压力的增加对系统反硝化性能的提升不明显,供气压力由0.01 MPa增加至0.05 MPa后,NO3-去除通量由0.96 g N/（m~2·d）提高至1.14 g N/（m~2·d）,不仅如此,H2供气压力的提高还会造成H2的严重浪费。0.01MPa～0.05 MPa的供气压力中,受逆扩散影响最大的供气压力为0.01MPa和0.02 MPa。由于0.01 MPa供气压力反应器脱氮效果较差,确定0.02 MPa为反应器长期运行供气压力,对0.02MPa压力下逆扩散的周期规律进行研究,确定排气周期为5 min、25 min和50 min。以不同的NO3-进水浓度和排气周期运行反应器,发现在30 mg N/L进水浓度下,5 min和25 min排气周期下NO3-的去除通量最佳,达到了1.37 g N/（m~2·d）和1.35 g N/（m~2·d）,由于5min排气周期H2浪费量过大,选择25 min作为本反应器的排气周期进行长期实验。长期实验结果表明:NO3-去除通量在三种运行模式下为“排气+排气”＞“排气+封闭”＞“封闭+封闭”;在“封闭+封闭”运行模式下,属水平下的反硝化菌（DNB）都表现出了随HFM远离供气端而丰度下降的现象,“排气+排气”的运行模式下属水平的反硝化菌（DNB）表现出了一种在HFM上均匀分布的现象。