结合微氧环境和生物膜法的技术优势,形成微氧生物反应器。在处理低浓度、易降解类废水时,可相对高效低耗的去除污染物质,降低剩余污泥产量。在处理高浓度、难降解类废水时,能够作为一项高效的预处理技术,提高污染物质的转化效能,减少有毒有害气体的产生,改善操作环境。无纺布的内部聚丙烯纤维交错分布,具有较好的空间结构。研究中选用无纺布作为生物填料的主体,并对无纺布进行改性处理包括:除油、粗化和离子覆盖处理。改性后的无纺布与硅橡胶圆管组合形成悬浮式填料,具有较好的亲水性和挂膜速度。将该填料投加到序批式反应器内,填料的投加使污泥形态由悬浮态逐渐转变为附着态,填料投配率的提高使反应器内的生物量大幅增长。综合对比不同投配率下反应器的污泥浓度、污泥存在形态和改性无纺布填料的利用率,较适宜的投配率在10%~15%之间。结合微氧曝气和新型悬浮填料形成改性无纺布填料强化微氧生物反应器。在污泥浓度为11 g/L、停留时间为6 h的运行条件下,反应器对COD、NH4+-N和TN的具有较好的去除效果,平均去除率分别可达到76.95%、65.02%和58.61%;对TP的去除效果不稳定,平均去除率为47.85%。研究随后考察了曝气量、停留时间和温度三个因素对微氧生物反应器运行效果的影响。相比于无氧环境,微氧曝气可以强化反应器内的传质效果,发挥多类菌的综合作用,改善反应器对污染物的去除效果。较大的曝气强度实现了相对DO值较高的微氧环境,有助于丰富反应器内的微生物种群结构,提高微生物的代谢活性,从而实现较高的污染物去除率。较长的停留时间有助于污染物的去除,但反应器运行周期后段的低氧和低底物环境容易引发丝状菌的过度生长。温度的升高有助于提高微氧生物反应器对污染物的去除效果,尤其是当温度处在13~17℃之间时,影响效果更为显著。采用微氧生物反应器处理生活污水时,在停留时间为12 h的条件下,反应器对COD、SS、NH4+-N和TN的去除率分别可达到86.15%、93.69%、77.30%和65.25%。微氧生物反应器内实现了COD和氮的同步去除。取得相似的处理效果,微氧生物反应器去除单位耗氧污染物的供氧量为12.4 g/g,仅为好氧反应器的1/3,污泥产率为0.098 g MLSS/g COD,约为好氧反应器的1/4。采用微氧生物反应器处理处理制药废水时,在停留时间为12 h的条件下,微氧生物反应器较好的改善了废水的可生化性,废水中的有机氮被转为氨氮,B/C比平均值由0.31增加到0.39,VFA含量的平均提高了约85.5%。反应器较好的抑制了硫酸盐还原过程,避免了H2S等恶臭类气体的产生。微氧生物反应器内可能存在着多种氮的转化过程,如硝化、反硝化、自养反硝化等,氮的去除主要是通过短程硝化反硝化途径。为了探索难降解有机物在微氧生物反应器内的降解机制,研究以硝基苯为典型有机物,进行了降解途径、降解速率及影响因素等方面的考察。微氧生物反应器可以有效的去除硝基苯,反应器内硝基苯的降解规律为:硝基苯→苯胺→CO2+H2O+NH3,其中,硝基苯首先经厌氧途径被还原为苯胺,苯胺再通过氧化途径被彻底矿化。曝气量不会影响硝基苯的去除效果,但对苯胺的去除有较大的影响,曝气量由60 m L/(min·L)降低至0 m L/(min·L)时,苯胺的去除率由100%降至1.4%。反应器运行过程中,硝基苯的负荷不宜高于0.09 kg NB/(m3·d)。共存底物(葡萄糖)对硝基苯的降解速率具有较大的影响,有共存底物时,硝基苯的降解速率更快,微生物可耐受的硝基苯浓度也更高。微氧生物反应器同样可有效的去除硝基苯降解过程的中间产物—苯胺,但处理负荷不宜高于0.12kg AN/(m3·d)。黑臭河道处理工程采用预处理+人工湿地的组合工艺,研究中考察了微氧生物反应器作为预处理工艺的实际运行效果。相比于无氧+无填料运行条件,微氧+填料运行条件下预处理池对污染物的去除效果得到明显的改善,COD和NH4+-N的去除率均提高了近一倍。微氧+填料运行条件下,由于仅进行间歇曝气,且充分利用太阳能资源,黑臭河道处理工程的实际运行费用仅为0.08~0.12元/吨废水。