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农田排水作为农业面源污染的主要载体,由于其水量大,瞬时性强,水质不稳定,碳氮比不协调等特点,利用常规生物-生态技术难以对其处理。本研究构建了一种深水型膜-菌藻共生反应器,考察了膜-菌藻共生系统对污染物的去除性能,确定了不同水力停留时间(HRT)、水流搅拌速度、搅拌时间下系统的最佳运行条件;探究了系统中主要的氮素去除机理;考察了不锈钢膜的藻水分离效果及其膜污染特征。研究结果表明:1.膜-菌藻共生系统对农田排水具有较好的净化效果。HRT为6d,水流搅拌速度为0.2m/s,搅拌时间为16h,进水总氮(TN)、总磷(TP)平均质量浓度为6.98mg/L、0.63mg/L的条件下,系统出水的TN、TP平均质量浓度为0.45mg/L、0.03mg/L,均可达到地表水II类标准;但系统对化学需氧量(COD)的处理效果并不明显,要降低系统出水COD,还需进一步采取措施。2.进水TN、TP平均质量浓度为8.20mg/L、0.46mg/L的条件下,考察了HRT为6d、4d、2d、1d时系统的处理效果。其中,HRT为2d时,稳定运行后出水TN、TP平均质量浓度为0.94mg/L、0.03mg/L,可达到地表水Ⅲ、Ⅱ类标准,综合考虑污染物处理效果以及实用性,膜-菌藻共生系统最佳HRT为2d。3.进水TN、TP平均质量浓度为7.55mg/L、0.56mg/L的条件下,考察了水流搅拌速度为0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s时系统的处理效果。其中水流搅拌速度为0.2m/s时,出水TN、TP平均质量浓度为0.67mg/L、0.02mg/L,可达到地表水Ⅲ、Ⅱ类标准;水流搅拌速度为0.2m/s时,系统对TN的去除效果最好;对于TP的去除率最高,因此确定膜-菌藻共生系统最佳水流搅拌速度为0.2m/s。4.进水TN、TP平均质量浓度为6.98mg/L、0.63mg/L的条件下,考察了搅拌时间为8h、12h、16h时系统的处理效果。其中,搅拌时间为16h时,出水TN、TP平均质量浓度为0.45mg/L、0.03mg/L,均可达到地表水Ⅱ类标准,TN、TP去除效果最好,因此,确定膜-菌藻共生系统最佳水流搅拌时间为16h。5.系统中对于氮素的去除主要包括藻类对氮素的同化吸收以及硝化/反硝化作用。藻类在氮素充足的环境下将过量氮素储存于细胞内,同时,由分子量分布指数变化可知藻类开始从悬浮态转变为附着态或团聚态,导致混合液悬浮藻浓度和TN浓度都明显下降;由24h内溶解氧(DO)与氧化还原电位(ORP)的变化可知,系统内还存在硝化/反硝化作用,从而对氮素进行去除。6.不锈钢膜对藻类有较好的截留效果,截留率可达94%。本试验中影响不锈钢膜污染速率的主要因素为水力停留时间,较长的水力停留时间能够有效的缓解膜污染,藻类主要在膜表面形成致密的菌藻层,清洗方式采用离线清洗,清洗后纯水通量可恢复至初始的96%。