本课题以各种多孔陶瓷材料为载体的生物膜反应器进行水体脱氮研究，并结合微电极技术与分子生物学分析，对生物膜在脱氮过程的效果与机理进行深入探讨，为生物膜技术的进一步运用提供理论依据。本课题的实验研究主要分以下三个部分：　　 第一部分研究中，运用多孔陶瓷板反应器分别以葡萄糖、甲醇和苯甲酸作为碳源培养生物膜，在好氧条件下比较三种生物膜去除COD和氨氮的能力。葡萄糖碳源生物膜对COD和氨氮的平均去除率达到78％和78%，甲醇碳源生物膜为74%和78%，苯甲酸碳源生物膜为68%和60%。借助微电极技术对三种生物膜微观结构的研究表明，甲醇碳源生物膜对氧的利用率最高，葡萄糖其次，苯甲酸最低。动力学分析表明，葡萄糖碳源生物膜最大氧消耗速率为80mgO2/(gVSS·h)，甲醇碳源生物膜为40mgO2/(gVSS·h)，苯甲酸碳源生物膜为20 mgO2/(gVSS·h)。分子生物学分析结果表明，以葡萄糖为碳源培养的生物膜内的微生物种类数是苯甲酸培养的生物膜内的1.5倍。　　 第二部分研究中，采用气升式内循环生物膜反应器，通过调整曝气量来控制主体溶液中的溶解氧(DO)，观察反应器脱氮能力。当曝气量为0.6L/min及0.2L/min时，主体溶液DO为5.8和2.5mg/L，反应器氨氮去除率达到80-90%，但总氮去除率低于25%。当曝气量减小至0.1 L/min时，尽管主体溶液DO仍大于0.5mg/L，氨氮和总氮去除率可以分别达到75%和50%，之后分别用好氧区和缺氧区生物膜进行硝化、反硝化验证试验，结果表明好氧区的生物膜可以将氨氮完全转化为硝态氮，而缺氧区生物膜去除总氮和硝酸盐超过80%，说明控制适宜的曝气量可以使好氧区、缺氧区在反应器内共存。借助微电机技术对缺氧区生物膜膜内溶解氧进行监测，结果表明当曝气量为0.6、0.2L/min时，生物膜呈现好氧状态，而当曝气量为0.1 L/min时，生物膜内部存在厌氧区域，说明缺氧生物膜的存在是实现反应器同步硝化反硝化的关键。　　 第三部分研究中，对比两种不同方法对喹啉废水的降解与脱氮处理。第一种方法是紫外光照－好氧污泥－缺氧污泥分步法。结果表明，经过60h紫外光照，喹啉完全分解，氨氮释放60%，再经30h硝化可将氨氮完全转化为硝态氮，最后经过30h反硝化过程可去除89.7%硝态氮，分步法总氮去除率为82.9%。第二种方法是采用气升式内循环生物膜反应器直接处理喹啉废水。结果表明，不添加碳源时，喹啉降解，释放的氨氮转变为硝态氮，总氮无法去除。在添加200mg/L葡萄糖碳源情况下，生物膜反应器经过48小时反应，喹啉完全降解，总氮去除率达85%，生物膜反应器降解喹啉及脱氮效率优于活性污泥分步法。