厌氧膜生物反应器近年来广泛应用于市政废水处理领域,它具有出水水质高、可回收能源、剩余污泥产率低、占地面积小等诸多优势,成为极具应用潜力的水处理技术。膜污染是制约厌氧膜生物反应器的工程应用的主要原因,目前部分学者研究了市政废水处理厌氧膜生物反应器运行参数优化与膜污染控制策略,微生物在厌氧处理系统、滤池系统和膜污染过程中都扮演着重要作用,但较少从微生物群落结构和功能解析角度开展反应器优化与膜污染控制。本文进行了厌氧膜生物反应器处理市政废水过程中运行参数的优化以及实际废水处理可行性的验证,并通过串联生物滤池对膜污染进行有效的控制,系统研究了厌氧处理系统、载体滤池系统和膜过滤系统中微生物群落结构和功能变化特征,以此解析厌氧膜生物反应器处理市政废水过程中污染物去除、膜污染与群落更替之间的关系,并识别可能导致膜污染的关键菌群。主要结论如下:（1）运行三组厌氧膜生物反应器,反应器仅水力停留时间不同,在运行过程中,水力停留时间影响污染物去除、产气活性以及膜污染,最优HRT为12h,此条件下,反应器出水COD小于80mg/L,去除率达到80%以上,甲烷产率为0.19 LCH4/gCOD,膜污染周期为28天,SMPp和EPSp在同个膜污染周期内不同时期作用影响大小不同,EPSp和SMPp在膜表面积累速率是膜污染的主要原因。通过运行实际废水发现处理效能无较大差别,而膜污染在运行过程中的加重是应用过程中需要解决的难题。（2）通过串联生物滤池来强化去除污染物同时控制膜污染,运行两组厌氧膜生物反应器,接种两种填料分别处理市政废水,两种生物滤池在运行效果上有较大差别。串联活性炭滤池对出水有机物强化去除效果明显好于陶粒滤池,出水COD小于30mg/L,COD的去除率达到95%。同时串联活性炭滤池显著延长了膜污染的运行周期,而陶粒对膜污染的减轻作用并不明显。活性炭滤池是通过改善膜单元进水水质条件使膜表面EPSp和SMPp积累速率变慢来减缓膜污染的发展。（3）Proteobacteria在厌氧处理市政废水中发挥着重要作用。Methanosaeta、Bacteroides、Sphingomonadaceae、Chlorobiaceae、Clostridium、Rhodanobacter和Bacteroidales等是厌氧处理市政废水的关键微生物。Firmicutes在生物滤池中占有很高的相对丰度,比传统滤池中的比例要高,而且活性炭滤池中的丰度比陶粒滤池要高,相对丰度分别能够达到30%和15%左右。Firmicutes应该在生物滤池的污染物去除过程中发挥着重要作用。活性炭生物滤池和陶粒生物滤池特有的OTU数目分别是93和16,活性炭生物滤池中特有的OTU数目明显高于陶粒生物滤池。而且活性炭生物滤池特有的OTU分布也比陶粒要广得多。所以,活性炭生物滤池中关键微生物数量和种类都比较丰富。低负荷条件下膜污染程度相对较低,Actinobacteria的丰度相对较低,表明Actinobacteria对膜污染影响较大。高负荷能够导致膜组件中Azospirillum、Pseudomonadaceae、Pseudomonas、Arenimonas和Bacillus的丰度升高,进而导致膜污染加重。串联活性炭生物滤池能够降低膜组件上Firmicutes和Actinobacteria的丰度,进而缓解膜污染。串联生物滤池能够显著影响膜组件上微生物组成,未串联生物滤池时大部分相对丰度较高的微生物都出现了一定程度的下降,包括Rhodobacter、Azospirillum、Pseudomonas、Cloacibacterium、Bacillus、Thermomonas、Paracoccus、Pseudomonadaceae、Carnobacteriaceae、Sphingomonadaceae和Xanthomonadaceae.