移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor,MBBR)作为一种新型高效的污水处理技术广受关注。移动床生物膜反应器的启动对反应器的运行性能,启动时间以及生物相有着重大的影响。目前,关于MBBR启动研究局限于反应器处理污染物性能,缺少对生物膜在此过程中的形成与发展的机制和影响研究。众所周知,生物膜的形成和发展是生物膜反应器启动的关键。因此,研究MBBR启动过程中生物膜的基本性质变化及影响因素是MBBR研究中的重要内容之一。本论文以人工模拟废水作为研究对象,主要研究了 MBBR在不同进水方式、载体填充比和温度条件下启动过程中生物膜的形成特征,系统分析了生物膜生物量、EPS含量、比异养和比自养呼吸速率、生物膜形貌和微生物群落结构的演变过程,揭示生物膜形成和成长的机理。具体的研究结果如下:(1)对于间歇流和连续流两种进水方式启动反应器,间歇流更有利于MBBR的启动和生物膜的生长。首先,间歇流MBBR降解NH4+-N的能力更理想,其去除率高出连续流的28%。其次,在启动过程中,反应器运行4 d后,附着生长的生物膜会发生脱落。连续流MBBR中脱落的悬浮生物膜微生物以丝状菌为主,此悬浮丝状菌与生物膜竞争营养,限制了生物膜VS的积累,其含量为间歇流的一半,但促进了 EPS的产生。另外,生物膜的活性,尤其是自养微生物的活性受到抑制。最后,连续流MBBR中优势生长的悬浮丝状菌导致生物膜中的丝状菌含量也随之增加,且生物膜中丝状菌的增长抑制了其他微生物的生长,导致多样性降低。而在间歇流中,生物膜的形态以菌胶团为主,并包含一定的丝状菌,且微生物种群较丰富。(2)对于填充比为20%、35%和50%的反应器,填充比的增加可以提高NH4+-N的去除速率、加快生物膜的累积速率、降低生物膜的脱落速率、提高生物膜自养微生物活性、降低生物膜异养微生物活性和促进微生物多样性发展,并诱导丝状菌的增长。20%、35%和50%填充比下丝状菌的含量分别为37.31%、41.41%和 45.83%,主要为 Actinobacteria、Sphaerotilus 和 Haliscomenobacter。但对于不同填充比的反应器,其起始附着生物膜的性质差异不明显,载体内初始附着的微生物主要为革兰氏阴性菌,包括变形菌(86.38-87.43%)和拟杆菌(4.17-6.05%),其中Acinetobacter、Sphaerotil 和 Zoogloea 为主要的附着菌属。(3)对于温度为5 ℃、25 ℃和35 ℃的反应器。与常温相比,低温下反应器对COD仍有较好的去除效果,但NH4+-N的去除率降低6.15%。低温抑制生物量VS的累积(为常温的一半),导致异养和自养微生物活性降低(分别是常温的72.5%和66.0%),但增强了 EPS的产率(是常温的2倍),促进Flavobacterium、Lactococcus、Trichococcus和Aeromonas等耐冷微生物的增长。而常温下主要的微生物为30.5%变形菌、22.2%拟杆菌和25.6%放线菌,其中丝状菌含量为37.8%,包括Actinobacteria、TM7、Haliscomenobacter和Sphaerotil。高温反应器,NH4+-N的去除率提高15.05%,高温增强了微生物比异养和自养耗氧速率(分别为常温的3.22和3.96倍),但对生物膜VS的累积速率和EPS的产率影响不大,常温和高温下(PN+PS)/VS含量相似约为262.2 mg/g。高温下,生物膜微生物主要组成也为丝状菌(36.65%),但以放线菌和TM7为主。另外,起始附着的微生物形态以杆状为主,且温度越高,形成生物膜的速度越快。(4)污泥接种过程中,微生物的附着具随机性,革兰氏阴性菌更具优势。起始附着的微生物以变形菌为主。随着生物膜的生长,变形菌的含量均大幅下降,丝状菌(37.8%-45.83%)逐渐演变为优势微生物(低温除外),因此,在接种过程中,用脱落的生物膜作为接种物,可能会缩短反应器的启动时间。另外,对于相同进水COD的反应器,生物膜(PN+PS)/VS含量为252.50 ± 13.43 mg/g(除低温),可以推测(PN+PS)/VS能够表征成熟生物膜中一定数量的细胞分泌胞外聚合物的状态。(5)在相同的温度条件下,可以通过适量提升进水COD和氨氮的浓度,以促进生物膜的生长和加快反应器的启动,其经济效益比提高填充比的方法更明显。