本项目以膜曝气生物膜形成过程及菌群结构变化为考察对象，通过控制进水氨氮负荷和膜内气压等措施，实现膜曝气生物膜短程硝化与反硝化的稳定运行。利用溶解氧微电极技术，系统考察了不同工况下膜曝气生物膜内溶解氧的扩散规律，发现在不同膜内气压的条件下，膜曝气生物膜内溶解氧的穿透深度变化不大，都在120µm左右。采用荧光原位杂交与激光共聚焦联用技术，对膜曝气生物膜内的主要功能菌群的空间分布特征进行了分析，结果发现当生物膜厚度小于100µm时，溶解氧可全部穿透生物膜，氨氧化菌群（AOB）和亚硝酸盐氧化菌群（NOB）分布在整个生物膜厚度范围内；当生物膜厚度大于500µm时，由于溶解氧穿透深度有限，AOB和NOB主要分布在接近曝气膜的生物膜底部的100～150µm深度范围内。随着生物膜厚度的增加，生物膜内胞外多聚物（EPS）的含量相应增加，反硝化异养菌可利用EPS作为碳源在硝化生物膜内生存，并产生反硝化作用。控制生物膜厚度是控制膜曝气生物膜稳定短程硝化反硝化的关键，实验结果表明生物膜厚度控制在200～300µm左右，可以实现系统的稳定短程硝化反硝化。在生物膜启动初期采用高氨氮负荷与较高温度（30℃）的措施来抑制NOB的生长，实现了膜曝气生物膜反应器短程硝化的成功启动运行，实时定量PCR分析结果证实了AOB在生物膜内的优势地位。本研究对于深入理解膜曝气生物膜结构和功能特征，解决目前膜曝气生物膜用于短程硝化反硝化启动困难、运行稳定性较差的问题，促进膜曝气生物膜反应器技术的工程应用与设备化，均具有重要的理论意义和实践指导作用。 2100433B