偶氮染料废水的脱色及降解是生物法处理该类废水的主要任务。本文根据偶氮染料特征设计了厌氧/好氧生物膜组合工艺,并考察了其对典型偶氮染料阳离子红X-GRL (X-GRL)废水的处理效能。厌氧污泥对X-GRL 具有较强的脱色能力,而厌氧生物膜则对其脱色产物苯胺类物质具有较强的降解能力。基于此本文设计了一套由底部厌氧污泥和上层厌氧生物膜组成的升流式厌氧生物滤池(UBF)处理X-GRL废水。X-GRL首先被底部的厌氧污泥快速脱色,产生无色的苯胺类脱色产物；再经上层的厌氧生物膜进一步降解,以实现同时脱色和降解的目的。本文优化并确定了厌氧UABF适宜的填料填充比和HRT分别为50%和60h。当进水中X-GRL浓度由50mg/L升高至200 mg/L, UBF均能完全去除废水中的色度；而其对COD的去除率则随着X-GRL浓度的升高而降低。厌氧UBF出水中仍含有低浓度的苯胺类物质。因此,本文在厌氧UBF后连接了好氧移动床生物膜反应器(MBBR)以组成UBF/MBBR组合工艺,进一步降解废水中残留的苯胺类物质。在组合工艺最适宜HRT(60/12 h)条件下,能使含200 mg/L的X-GRL废水的全部色度和95%以上的COD去除,其中,厌氧UBF对COD的去除率随X-GRL浓度的增加而降低,而后续的MBBR能有效去除UBF出水中残余的苯胺和COD,保证组合工艺出水COD低于50 mg/L。同时,本文也考察了废水中外加碳源浓度对该组合工艺处理效能的影响。当废水中蔗糖浓度从1000 mg/L降低至50 mg/L时,组合工艺能使200mg/L的X-GRL废水中的全部色度,70%的COD和90%以上的苯胺类物质得到去除,保证组合工艺出水COD低于50mg/L。本文详细考察了X-GRL的厌氧生物过程：即生物吸附和降解过程。厌氧污泥对X-GRL的吸附量随废水中盐度和温度的增加而减小,而随pH的增大而增大。在pH=7时厌氧污泥最大吸附量为87.54 mg/g。胞外聚合物(EPS)为主要活性吸附位点,其吸附量由外层向内层逐渐降低；SEPS和TB-EPS吸附量分别为1050和131 mg/g; X-GRL在厌氧污泥内的扩散是该吸附过程的控制步骤。本文分别解析了在外加碳源充足和不足条件下X-GRL的厌氧生物降解过程。在外加碳源充足时, proteobacteria细菌和Firmicutes细菌分别占45%和54%；对于古菌群落,氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌分别占69.8%和30.2%。在该厌氧体系中,蔗糖为主要的初始电子供体,在proteobacteria的细菌发酵生成还原性的VFAs和H2。这些还原性中间体能还原-N=N-而生成苯胺等降解产物。同时,苯胺类物质在Firmicutes细菌的作用下被降解成NH3和烷烃,在产甲烷菌的作用下生成CH4。在低浓度外加碳源条件下,氢营养型产甲烷过程与染料的还原脱色竞争H2导致厌氧污泥的产甲烷活性明显受到抑制。厌氧污泥中,proteobacteria和Firmicutes细菌分别占细菌总量的45.6%和48.2%；古菌群落中氢营养型和乙酸营养型产甲烷菌各占50%。外加蔗糖是该体系中X-GRL脱色重要的电子供体。同时,EPS中多糖成分及染料的脱色产物也能作为电子供体参与X-GRL的生物脱色。本文解析了厌氧和好氧生物膜对废水毒性的抵抗特征。当废水中苯胺浓度由10mg/L增加至80 mg/L时,废水对T3发光菌的半致死剂量由95.8%降低至32.5%,厌氧生物膜量则由97%降低至72%。EPS含量随着苯胺浓度增加而增加,并形成更厚密的保护层。随着苯胺浓度增加,生物膜中能高效降解苯胺的Firmicutes等和氢营养型的古菌比例增加,以形成一个更适宜染料废水高毒性环境的微生物群落结构。对于好氧生物膜,本文考察了废水中苯胺浓度对生物膜生长阶段和成熟阶段的影响。当苯胺浓度低于10mg/L时,有利于接种活性污泥在填料表面的附着,并形成生物膜；但当废水中苯胺浓度继续增加时,EPS含量则随着苯胺浓度增加而增加,但生物膜的生长则受到明显抑制。对于成熟的好氧生物膜,其对废水毒性的抵抗抵抗能力强于生长阶段；当苯胺浓度为60mg/L时,生物膜EPS蛋白质和多糖含量分别增加至25.4和31.78 mg/g,较未添加苯胺废水培养的成熟生物膜的EPS分别增加22.9%和49.9%,由此形成一个更加厚密的EPS保护层,保护生物膜中微生物活性不受废水中有毒污染物的影响。