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近年来我国水污染现象日益严峻，湖泊富营养化问题突出，太湖、巢湖、滇池等重点湖泊均出现过藻类大规模爆发的现象，三峡水库成库以后，流速降低水体自净能力下降，整个库区也面临着富营养化问题的风险。而大量的研究结果显示，水体中过量的氮元素的积累是造成水体富营养化的原因之一，因此，高效的去除污水中的含氮污染物就显得非常有必要。现阶段，污水处理厂中广泛使用的脱氮工艺主要有：A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺等。在长期的生产实践中，以上工艺在去除污水中的含氮污染物方面发挥了巨大的作用，但是实践也证明这些工艺还存在着不足，比如：必须同时进行污泥回流和硝化液回流；工艺流程长，占地面积大；运行管理复杂。多级A/O工艺是由一个缺氧段与一个好氧段组成一个A/O单元，若干个A/O单元再串联成一个系统，进水按照一定的分配比例进入各级缺氧区，在缺氧区中进行反硝化脱氮，然后进入好氧区进行硝化作用，好氧区中产生的硝化混合液再进入下一级缺氧区发生反硝化脱氮，如此反复最终实现脱氮的目的。整个系统只有污泥回流无硝化液内回流。在多级A/O工艺的基础上向好氧区投加一定比例的悬浮填料，引入生物膜法的特点，形成移动床生物膜多级A/O工艺这样一个组合工艺。论文以移动床生物膜多级A/O反应器的脱氮性能为主要研究对象，设计析因试验，研究了流量比、缺氧区与好氧区容积比以及填料投加比对反应器脱氮效果的影响，并确定了反应器脱氮的最佳工况，同时为了进一步开发该反应器的脱氮潜能，开展了同步硝化反硝化研究。研究得出以下主要成果：①通过析因试验，确定了反应器脱氮的最佳工况为：流量比5:3:2；缺氧区与好氧区容积比2:3；填料投加比40%。通过方差分析，确定各影响因素对于反应器脱氮效果的影响如下：填料投加比＞流量比＞缺氧区与好氧区容积比＞流量比和缺氧区与好氧区容积比的交互作用。②最佳工况下，反应器处理效果良好，COD、NH4+-N、NO3--N、TN出水浓度均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准要求。特别是，出水TN浓度平均为10.7mg/L，TN平均去除率达到76.4%。③最佳工况下，发挥了该工艺由于采用分段进水策略从而可以最大程度的利用原水碳源的优势，使得在反应器内部通过生物作用去除的COD有81.3%都是在缺氧区中作为反硝化作用的电子供体被去除，同时，缺氧区中去除的TN量占整个反应器生物脱氮量的91.9%。④DO浓度对于同步硝化反硝化脱氮效果影响显著，随DO浓度的升高，同步硝化反硝化作用逐步减弱，对于三级好氧区污泥的小试试验，最佳的DO浓度均为0.5mg/L。另外，投加填料均有助于同步硝化反硝化脱氮；各级污泥之间的同步硝化反硝化脱氮能力也存在明显差别，第一级好氧区污泥脱氮效果最好，第二级次之，第三级最差。⑤综合考虑各方面因素，反应器好氧区实现同步硝化反硝化脱氮的最佳DO浓度搭配为：第一级0.5mg/L，第二级1.0mg/L，第三级1.5mg/L。在该工况下，反应器出水COD浓度为23mg/L，出水TN浓度为6.9mg/L，出水NH4+-N浓度为1.5mg/L。与无同步硝化反硝化作用时相比，反应器曝气量降低了36%，脱氮量提高了21%。