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随着经济和城市化水平的不断提高,国家在城镇环境污染防治方面更加重视,但仍面临水资源短缺和水环境污染等问题。与此同时,各地方政府提出更严格的污水排放标准,而以活性污泥法为代表的传统城镇污水处理技术通常存在脱氮效率低且低温处理难以突破限制瓶颈的问题。针对上述问题,将移动床生物膜反应器(（Moving Bed Biofilm Reactor,MBBR）与多段缺氧/好氧（Anoxic/Oxic,A/O）工艺相结合,构建了中试规模的三段式A/O-MBBR系统。以实际污水为处理对象,考察系统在不同工况条件下对溶解性有机物（Soluble Chemical Oxygen Demand,SCOD）、NH4+-N和总无机氮（Total Inorganic Nitrogen,TIN）的去除效果,对生物膜的形态及去除能力变化进行分析,同时结合高通量测序技术探究不同条件下系统微生物群落的构成,为城镇污水处理厂实现低温条件下稳定高效脱氮及多段式A/O-MBBR系统的构建与优化调控提供技术支撑。主要研究结果如下:（1）系统反应温度为18～29℃、进水点设置在A1和A5反应区、处理水量为27.2±8.1 m~3/d、进水比例为1:1且未投加碳源的条件下,系统SCOD、NH4+-N和TIN平均去除率分别达到83.4%、97.2%和60.3%;系统反应温度为18～29℃、进水点设置在A1和A5反应区、处理水量为27.4±5.4 m~3/d、进水比例为1:1且投加50 mg COD/L碳源的条件下,系统SCOD、NH4+-N和TIN平均去除率分别达到83.0%、98.3%和92.5%;系统反应温度为20～28℃、进水点设置在A2和A6反应区、处理水量为28.8±4.8 m~3/d、进水比例为1:1且未投加碳源的条件下,系统SCOD、NH4+-N和TIN平均去除率分别达到76.3%、97.7%和70.3%;系统反应温度为15～21℃、进水点设置在A2和A6反应区、处理水量为28.8±4.8 m~3/d、进水比例为1:1且投加50 mg COD/L碳源条件下,系统SCOD、NH4+-N和TIN平均去除率分别达到74.4%、98.8%和86.8%。（2）系统反应温度为10～15℃、进水点设置在A1和A5反应区、处理水量为19.6±2.1 m~3/d、进水比例为1:1且投加50～90 mg COD/L碳源的条件下,系统SCOD、NH4+-N和TIN平均去除率分别达到82.3%、98.9%和82.3%;系统反应温度为12～15℃、进水点设置在A2和A6反应区、处理水量为28.8±4.8 m~3/d、进水比例为1:1且投加50 mg COD/L碳源的条件下,系统SCOD、NH4+-N和TIN平均去除率分别达到71.9%、98.2%和76.0%。（3）三段式A/O-MBBR系统在不同温度条件下对SCOD均有良好的去除效果,其中第一、二段A/O-MBBR分系统为SCOD去除的主要区段。O3、O4、O7和O8反应区分别承担了系统整体的硝化功能,三段式A/O-MBBR分系统各缺氧区反硝化能力受温度影响较小。（4）在中低温条件下,当进水点设置在A1和A5反应区时,由于第一段与第二段A/O-MBBR分系统好氧反应区生物膜厚度存在差异,由此形成了两段系统生物膜硝化能力的差异,特别对于第一段A/O-MBBR分系统好氧反应区而言,由于生物膜增厚导致其硝化能力降低。好氧反应区活性自养生物量的增加可能是中低温条件下系统能够稳定运行的重要原因之一,而生物膜EPS含量的增加可能是导致中低温条件下好氧区生物膜增厚的原因之一。（5）将系统进水点从A1和A5反应区更换到A2和A6反应区可强化系统整体的硝化能力,形成合理的功能分区。将进水点设置在A2和A6反应区、A1和A5反应区作为预缺氧区时,可降低以原水碳源为基质的反硝化功能区的反硝化的C/N需求,有效提高系统的脱氮效率,同时还有利于同步硝化反硝化反应的进行,实现原水中碳源的高效利用。（6）各好氧反应区中Nitrosomonas为优势AOB菌属,Nitrospira、Nitrolancea和Candidatus＿Nitrotoga为优势NOB菌属。在进水点设置在A2和A6反应区的条件下,系统NH4+-N负荷较进水点设置在A1和A5反应区时增加了约20.0%使得该条件下系统中硝化菌属相对丰度显著性增加。（7）各缺氧反应区在不同温度条件下反硝化菌属群落组成基本相同,Sulfuritalea、Denitratisoma、Defluviimonas、Rhodobacter、Lentimicrobium、Flavobacterium、Simplicispira、Thiothrix和Hydrogenophaga为主要的反硝化菌属。（8）在中低温条件下,硝化菌属及嗜冷反硝化菌属Flavobacterium相对丰度的增加可能有利于系统的稳定运行。在中低温条件下,当进水点设置在A1和A5反应区时,Trichococcus及Thiothrix等丝状菌相对丰度的显著增加是导致好氧反应区生物膜厚度显著增加的主要原因之一。当进水点设置在A2和A6反应区时,系统中富集和持留了大量厌氧氨氧化细菌。