生物膜法作为与活性污泥法并重的一种污水处理工艺具有其独特的优点,研究生物膜的形成和脱落机理有利于进一步了解生物膜的工作原理,从而通过人工手段来维持适宜的生物膜厚度和获得较高的生物膜活性,为生物膜法在实际废水中的应用提供理论支持。另外,开发用于处理高浓度有毒有机废水的新型高效稳定生物处理工艺对当前环境的改善具有重要的意义。本论文以自行开发的混有无机活性粒子的聚乙烯高分子塑料为生物填料,以移动床为主体工艺,来研究生物膜在该填料上的形成过程和脱落机理,并研究该填料生物膜工艺去除高浓度有机废水中C、N等营养元素的效能与作用机制以及进行深度短程硝化的处理效果。本论文首先研究了生物膜的形成与脱落机理。提出了生物膜生物量流率和生物量停留时间(即生物膜污泥龄)的概念并给出其相应的定义。在联合基质平衡和微生物增长动力学的基础上推导出生物量流率和生物量停留时间的数学模型式,该模型能用来描述生物膜在稳定运行过程中附着、脱落、生长以及消亡四者之间的动态行为关系。它反映了在生物膜中微生物或者是粒子在生物膜中的平均停留时间。实验发现稀释率对生物量停留时间起着决定性作用,进而影响生物膜的结构、活性、组成、强度、污泥产率以及表面形貌。随着稀释率的增加,生物膜的生物量流率增加而生物量停留时间减少。当稀释率由1day-1增加到8day-1时,生物膜的生物量流率由0.2852 gSS/(m2?d)增加到2.1001 gSS/(m2?d),相应的生物量停留时间则由13.12day减少到2.49day。生物量停留时间短意味着生物膜表面的细胞生长和更新速率加快。致使生物膜变厚同时密度变小,生物膜表面由致密光滑变得更加松散多孔。生物膜表面大量微孔的形成有利于基质在膜内的传质,同时由于细胞生长和表面更新的加快,大量的有活力的年轻的新生代占据生物膜的表面,正是这两个原因促使生物膜活性随着生物量停留时间的缩短而提高。同时也是污泥产率提高的主要原因。本论文对比研究了厌氧生物膜和好氧生物膜法对高浓度苯胺化工废水的处理效果。结果表明,厌氧处理的运行负荷和处理效率不仅要比好氧处理高,而且对有机氮的氨化速率也比好氧处理提高了42%,但厌氧无法有效去除氨氮。针对苯胺废水的特点,开发了一种同步产甲烷反硝化的厌氧-好氧生物膜组合工艺,通过直接回流好氧硝化液到厌氧反应器来实现在同一个