生物膜法废水处理是目前生物法废水处理工艺研究的热点,目前该工艺已被广泛地应用于对城市生活污水和工业废水的净化回收。对于好氧、厌氧或者是兼性厌氧的反应器而言,生物膜的形成及其内部的传质过程是决定生物膜法废水处理性能和效率关键因素,液相到生物膜以及生物膜内部的底物传质和反应速率最终决定了反应器的废水处理性能和效率。因此,研究环境因素对生物膜结构和生物膜传质的影响以及这三个因素过程之间的相互关系是提高生物膜法废水处理性能的基础和前提。基于以上目的,本文研究的主要内容包括以下几个方面：(1)建立了一个有效容积为2.3L的气升式外循环流化床厌氧氨氧化反应器并成功启动,考察气升式反应器中厌氧氨工艺的脱氮性能。经过连续52天的运行,亚硝氮和总氮的最大去除总量分别是476.5mg(N)-L-1和663.1mg(N)-L-1,平均去除率达到75%和93%。在HRT=24h条件下,反应器运行30天其总氮负荷为1.01kg(N)-m-3?day-1,相应的总氮去除速度是0.75kg(N)?m-3?day-1通过减小HRT,考察了反应器抗冲击负荷的能力和稳定性。(2)成功启动了全程脱氮自养硝化工艺。在进水基质仅有(NH4)2SO4、曝空气且限制水体溶氧浓度的情况下,反应器内硝氮生成量和氨氮消耗量的比例是0.136:1,与全程自养脱氮(CANON)工艺中二者的平均化学计量关系0.13:1相近,此时反应器内已有大量亚硝酸氧化菌生长,反应器内已经实现了全程自养脱氮,氨氮去除率达到75%。(3)建立了包含扩散-对流和反应三个过程的生物膜传质模型,考察了生物膜内溶氧传质情况和微生物生长过程的规律,并研究了相关环境因素对以上两个过程的影响。通过正交实验的方法分析得出扩散系数是影响生物膜内溶氧传质的主要因素,并获得了基于该模型的最佳模型参数。用PA2000型溶氧微电极对沿生物膜深度方向的溶氧浓度测试表明,实验数据与模型计算结果吻合很好。(4)在生物膜传质方程中耦合了N-S方程和Brinkman渗流方程,研究了液相主体的水力条件对作为多孔介质的生物膜内渗流速度场的影响,并在此基础上,研究了液相主体的水力条件对各向异性的生物膜内传质的影响和生物膜内扩散对流传质情况,同时考察了生物膜厚度对流动边界层厚度和液相到生物膜内传质阻力的影响。