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水是人类在地球上赖以生存的资源之一,但是随着工业技术的飞速发展,环境问题日益变得重要。其中含氮污染物的排放对水体造成严重的污染,不止会导致水体富营养化、引起湖泊水华和海洋赤潮、鱼类缺氧死亡、破坏海洋生态链,还会危害人体健康。本文研究一种将固定化技术与膜曝气生物膜反应器结合的新技术,目的是创造出一种启动时间短、占地面积小、微生物浓度可控、能耗低的新型生物脱氮反应器。与此同时利用混合型生物反应器对厌氧氨氧化菌进行富集,探究不同形态厌氧氨氧化(AnAOB)细菌的厌氧氨氧化效果,为今后的无机自养脱氮研究打下理论基础。通过在PVDF膜表面涂覆凝胶制备复合膜曝气生物膜(Composite membrane aerated biofilm,CMAB),可以缩短启动时间。制备较厚的凝胶膜机械强度较高,而较薄的凝胶膜传质系数较高。同时NaN03交联的0.5mm厚凝胶膜是底物传质最好的凝胶膜,说明传质效果除了与膜厚度有关与交联剂的选择也有关。对CMAB进行短程硝化研究,NaNO3交联的凝胶膜中,大部分的NH4+-N转化为N02--N。而H3B03交联的凝胶膜不适合短程硝化,尤其是H3B03交联的1mm厚的膜没有产生明显的N02--N。比较自然生长在中空纤维膜材料上的生物膜(Membrane aerated biofilm,MAB)和使用NaNO3交联的两种(0.1mm和1mm)CMAB的同步硝化反硝化(Simultaneous nitrification and denitrification,SND)效果,大多数 NH4+-N 可通过 SND 工艺去除。由于采用微生物固定化技术,CMAB具有启动时间快的优点,可以通过调整凝胶用量来控制生物膜的厚度和生物量。薄CMAB的COD去除率最高,约为88%,而厚CMAB的COD去除率次之,MAB的COD去除率最低。平板膜将空气压力限制在3kPa以下,大大降低了曝气成本。对于0.1mm生物膜来说,1kPa的空气压力可以使它达到最大TIN去除率。对厌氧混合型生物反应器进行长达72天的实验以评估NH4+负荷率和有机质负荷对系统处理效果的影响。不管有机物负荷如何,对于长期的合成废水,混合型生物反应器的厌氧氨氧化效率都保持高达80%。COD/N=0.04和0.16时,有机物对自养脱氮系统影响不大不会改变其对氮利用效果。在三种形态的AnAOB菌中,悬浮污泥表现出最高的厌氧氨氧化能力,其次是生物膜。由于浮在水面上的凝胶小球的膨胀,凝胶中包埋的SS具有硝化作用。基于这种现象,利用NaHCO3和Al2(SO4)3处理的凝胶球开发凝胶小球造孔技术,使其内部具有相对均匀的孔隙,造孔技术可以在凝胶小球内部产生更多的通道用于气体的分散。