本论文在国内外研究者的研究成果基础之上,用离子交换膜生物反应器开展了去除饮用水中硝酸盐的研究,为饮用水脱硝技术提供最新的研究资料和技术参考。本研究取污水处理厂厌氧消化前污泥实验室内培养驯化后接种于IEMBR,通过设置不同的工艺参数和运行条件,研究了IEMBR反应器运行机理及对硝酸盐污染饮用水的处理效果。主要取得了以下成果和结论:以不同截面的反应器在相同的运行条件下对进水浓度进行了对比优化试验,发现:①随进硝酸盐水浓度的增加,出水硝酸盐含量而升高。进水硝酸盐浓度从47mg/L~193mg/L的变化过程中,出水硝酸盐的变化范围分别是0.2~47.4mg/L和0.1~71.0mg/L。②硝酸盐最高去除率为最高为99.84%,最低为55.36%。③硝酸盐的绝对去除量随进水浓度的增加而增大,硝酸盐通量随进水浓度的提高不断增加,当反应器运行到81天时分别为8.56 g NO3-/(m2·d)和9.24g NO3-/(m2·d)。④反硝化速率随着反应器中微生物量及其活性的变化而波动,反应器对进水硝酸盐负荷表现了一定的耐冲击能力。⑤离子交换膜生物反应器水流动室及厌氧生物反应室污泥上清液pH都保持了相对稳定。⑥出水电导率随进水浓度的提高而升高,污泥上清液中电导率随进水浓度呈下降趋势。⑦不同的截面形状对IEMBR反硝化性能没有显著影响。通过改变进水动力因子的大小进行试验验证了膜通量与动力因子成正比的关系,但是在试验设定范围内动力因子从0.626~0.993的变化范围内,硝酸盐膜通量的变化不显著。随着水力停留时间的减小,水流动室出水硝酸盐浓度而增大,去除率降低,硝酸盐膜通量增加,据此可以在保证出水达标的情况下改变单位时间内处理水量。在进水动力因子和水力停留时间的试验中,没有发现厌氧生物反应器中反硝化速率与运行条件变化之间的显著联系,研究发现离子交换膜生物反应器厌氧反硝化速率与微生物的量及其活性的关系更为密切。通过对离子交换膜生物反应器厌氧反硝化细菌进行扫描电镜观察,发现接种微生物污泥中存在多种微生物,如杆菌、球菌、丝状菌、链球菌、弧菌等。在反应器相应条件下运行的过程中,清楚的观察到了微生物的形态变化过程,发现微生物群落发生了显著复杂的变化过程,说明各个阶段都有相对适应该阶段的反硝化微生物进行硝酸盐的降解作用。实验1# IEMBR生物样品进行了PCR-DGGE实验,发现离子交换膜生物反应器系统内微生物多样性好,DGGE图谱、条带比较图都说明了系统中反硝化微生物在运行过程中发生了显著的变化,不同的阶段有不同的优势菌群。从系统发育图谱知,时间上相聚较原的反硝化菌源自统一族群,说明了反应器内微生物群落结构的演替变化复杂,样品间相似性系数的复杂变化也证明了这种微生物群落结构变化的复杂性。