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生物脱氮具有高效、廉价等优点，因此广泛应用于各种污水处理工艺中，然而当前我国包括膜生物反应器(Membrane bioreactor, MBR)在内的污水处理工艺中，进水普遍较低的C/N比直接影响了其反硝化脱氮效果，通常采用投加甲醇、乙醇等液体碳源作为反硝化电子供体，但是存在投加量难控制、经济成本较高等缺点。鉴于此，本研究以一体式MBR作为主体污水处理工艺，并初选出玉米芯、花生壳、丝瓜络、麦秸、棉秆、稻草、稻壳、芦苇等8种在我国廉价易得的农作物废弃物作为反硝化固体碳源和生物载体的备选材料，通过研究其表面结构、碳源释放能力、反硝化潜力(Denitrification potential，DP)、安全性等，构建新型悬浮载体复合MBR，并研究其强化脱氮效果及机理。 通过研究得出以下主要结论: (1)电镜扫描显示，8种农作物废弃物中，花生壳表面致密，且比表面积小，其它7种农作物废弃物都具有较大的比表面积(0.8942m2/g～1.8644m2/g)，丝瓜络表面最为粗糙，最有利于微生物附着。丝瓜络、玉米芯、麦秸和稻草4种农作物废弃物表现出较好的碳源释放能力，前2天COD平均释放速率为38.79mgCOD/(g·d)～53.29mgCOD/(g·d)，前6天BOD5平均释放为3.33mgBOD5/(g· d)～7.33mgBOD5/(g·d)，可呼吸碳含量为8.64mg/(g·d)～10.71mg/(g·d)，且表现出较高的反硝化潜力（105.3mg/g＜DP＜140.1 mg/g）。分析发现农作物废弃物BOD5释放能力和可呼吸碳含量之间具有显著线性相关性(r=0.7259，p=0.041)。8种农作物废弃物的浸出液中检测出的铬、铜、镉、砷及铅等重金属的浓度都低于100μg/L，低于对硝酸菌、反硝化细菌等的抑制浓度，安全性较高;同时都检测出钙、钾、镁、钠及铁等有利于微生物生长的金属元素，且麦秸和稻草浸出液中钾、钠、镁及钙等微生物生长必须的金属元素含量普遍高于其它材料。综合考虑各种材料的性能，确定玉米芯、丝瓜络、麦秸和稻草4种农作物废弃物可作为优先选用的反硝化固体碳源和生物载体。 (2)使用丝瓜络、玉米芯和稻草作为MBR系统中固体碳源和生物载体，以期提高反硝化脱氮效果。稻草表现出最佳的反硝化脱氮强化效果，TN去除率从45.06％提升到82.39％，丝瓜络和玉米芯也分别使TN平均去除率提升到69.27％和63.08％，出水NH4+-N浓度都稳定在1mg/L以下，空白组、丝瓜络组、玉米芯组和稻草组MBR对NH4+-N的去除率分别为98.41％、98.06％、98.56％和98.26％。同时，丝瓜络、玉米芯和稻草使出水中COD平均浓度分别上升到28.76、18.30、15.83mg/L。此外，新型悬浮载体复合MBR对TP的去除率相对于空白组都有一定的提高，丝瓜络组、玉米芯组和稻草组MBR对TP的平均去除率分别比空白组MBR提高15.69％、9.46％和10.54％。对MBR中同步硝化反硝化模型进行推导，得出空白组、丝瓜络组、玉米芯组和稻草组MBR的硝酸盐饱和常数分别为2.23、3.35、2.96和3.97，远大于单级反硝化的硝酸盐饱和常数。 (3)反应器运行结束后，4种MBR中活性污泥的红外扫描图谱分析结果显示，复合MBR相对于空白组MBR仅活性污泥中氨基酸、脂肪酸和多糖、蛋白质的含量略有增加，表明农作物废弃物的投加并没有对MBR的运行产生不利影响。