随着我国工农业大规模发展和城市人口的快速增长,工业废水、农业废水和生活污水大量增加。尽管工农业废水和生活污水处理率达到90%左右,经污水处理厂处理排放的尾水污染物浓度已达到相关排放标准,但巨大的尾水排放量(包含的污染物总量)仍对河湖等地表水造成严重污染,引起水质恶化,严重破坏环境,威胁人类健康。由于微生物具有在低营养条件下能形成生物膜的特性,因此生物膜法成为处理微污染水的主要技术之一。生物膜法水处理技术中填料特点、运行条件等因素均可影响COD、氮、磷等污染物的去除效果,选择合适的填料及找出合适的运行工况是生物膜系统稳定运行的关键。本试验以聚丙乙烯悬浮球为填料的序批式生物膜反应器(SBBR)及无填料的序批式反应器(SBR)为对照,在不同曝气方式和碳氮比(C/N=5、8和11)下,研究了以聚乙烯醇(Polyviyl Alcohol,PVA)凝胶为填料的序批式生物膜反应器处理模拟污水处理厂尾水过程中脱氮效果。通过对各反应器COD、总氮、氨氮、硝氮、总磷的去除效果比较,优化了运行条件;同时,检测了最优工况下2种反应器填料和水体中的微生物群落组成,并对群落中与脱氮相关的微生物进行了分析和比较,对PVA凝胶填料在微污染尾水处理中的脱氮效率进行了评估,得出以下结论:(1)通过探究比较不同曝气方式对好氧区氮去除效果的影响,结果表明在不同的曝气方式下,以聚丙乙烯悬浮球为填料、PVA凝胶为填料的序批式生物膜反应器、及无填料的序批式反应器的氨氮去除率分别为37～96%、54～99%和0～15%;在最优曝气方式S3(进水15 h之后,持续曝气2 h)时,PVA凝胶反应器的氨氮去除率高达99%,悬浮球和无填料反应器的氨氮去除率分别为63%和6%。因此,PVA凝胶的氨氮去除效果最好。(2)在厌氧区以聚丙乙烯悬浮球、PVA凝胶为填料的序批式生物膜反应器、及无填料的序批式反应器的硝氮去除率分别为100%、100%和96%,出水浓度分别为0 mg/L、0 mg/L和0 mg/L。因此,在厌氧区三组反应器的硝氮去除效果相似。(3)通过改变进水负荷和水力停留时间,探究三组反应器脱氮效果的稳定性发现,以聚丙乙烯悬浮球为填料和无填料的序批式反应器平均总氮去除率分别由50%降至37%和由30%增至48%,而以PVA凝胶为填料的序批式生物膜反应器的平均总氮去除率稳定在55%～57%。因此,PVA凝胶抵抗进水负荷波动的能力最强。(4)通过探究不同碳氮比(C/N=5、8和11)对氮去除效果的影响,结果表明当C/N由5增至11时,以聚丙乙烯悬浮球、PVA凝胶为填料的序批式生物膜反应器(SBBR)及无填料的序批式反应器(SBR)出水总氮浓度分别为3.9～6.3 mg/L、1.6～4.5 mg/L 和 4.3～5.2mg/L,去除率分别为 37%～62%、55%～84%和 41%～57%。在最优碳氮比(C/N=8)的条件下,以聚丙乙烯悬浮球为填料的序批式生物膜反应器和无填料的序批式反应器(SBR)出水总氮分别为3.9 mg/L、4.3 mg/L;去除率分别为62%和47%;而PVA凝胶为填料的序批式生物膜反应器(SBBR)的出水总氮为1.6 mg/L,去除率是84%,可以达到地表V类水的要求。因此,PVA凝胶的脱氮能力更好。(5)通过检测最优工况下2种反应器填料和水体中的微生物群落组成,结果表明:PVA凝胶填料中门水平优势菌群首先为变形菌门(35.4%),其次为硝化螺旋菌门(27.0%);在PVA凝胶中与脱氮相关菌的比例高达39.4%,而以悬浮球填料和无填料反应器水体中与脱氮相关的微生物所占比例分别为29.7%和22.9%。因此,PVA凝胶填料中与脱氮相关的微生物比例显著高于悬浮球填料和无填料反应器水体。