压裂作业作为油气田增产的主要措施,被广泛应用于油气田的开采过程。然而,油气开采过程中产生的大量压裂返排液的高效处理是油气开采行业所面临的难题。由于具有高化学需氧量（COD）、高盐度、高粘度以及难降解等特点,未经适当处理的压裂返排液的直接排放会严重威胁水环境安全和人类健康。目前,压裂返排液的处理技术尚处于探索阶段,主要有混凝法、氧化法、碳微电解法、生物法等,但这些方法普遍存在处理成本高、出水稳定性差、二次污染等缺点。膜曝气生物膜反应器（MABR）是一种集气体膜与生物膜于一体的新型污水处理技术,具有无泡曝气、适应能力强、运行成本低等优势,在污水处理领域有着广阔的应用前景。本研究首次将MABR技术应用于压裂返排液的处理。根据压裂返排液的水质特点,设计并构建了三级MABR系统实验装置。MABR-1重点提高压裂返排液的生物降解性以及反硝化脱氮;MABR-2的作用是去除大部分氨氮（NH4+-N）和COD;MABR-3用于进一步强化碳氮污染物的脱除。本文通过监测COD、总氮（TN）和氨氮（NH4+-N）等参数,系统研究了温度、pH、曝气压力、水力停留时间、回流比等条件参数对三级MABR系统污染物去除效率的影响,实验结果表明,通过合理调控运行参数,MABR系统表现出优异的除碳脱氮效果。当温度为21℃、pH值为7.64、水力停留时间为24小时、回流比为200%以及MABR-1、MABR-2和MABR-3的曝气压力分别为0.01、0.04和0.025 MPa时,MABR系统的COD、NH4+-N和TN的去除效率分别达到82.75%、97.62%和77.62%。另外,本文通过16s rDNA高通量测序对MABR生物膜的生物多样性和群落结构进行了分析。结果表明,Proteobacteria（变形菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）是优势菌群。Proteobacteria包含了很多与反硝化相关的菌群。Bacteroidetes具有降解有毒物质和大分子碳水化合物的能力。隶属于Bacteroidetes（拟杆菌门）的Chitinophagaceae（噬几丁质菌科）和Saprospiraceae（腐螺旋菌科）能够适应高盐度环境,相比于活性污泥,它们在生物膜中的丰度有了明显的提升。本研究阐明了MABR处理压裂返排液的技术可行性,为MABR在处理相关废水中的应用奠定了基础。