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磷过量排放引起的水体富营养化问题日益突出,生物除磷通过排除剩余污泥达到磷的去除,而污泥的大量排放及污泥中二次释磷现象又带来新的污染。实际工程应用中MBR可实现污水污泥同步处理,且在近零排泥状况下,磷出水指标能够达到排放标准,但工艺控制参数有待进一步优化,磷转化途径及机理有待进一步研究。本文将强化除磷工艺University of Cape Town (UCT)与膜生物反应器(MBR)相结合,分别采用圆形平板膜与中空纤维膜两种不同膜组件,从工艺特征和参数控制等方面,对比分析不同膜组件UCT-MBR工艺近零排泥的运行效果、污泥特性及膜组件性能；从液相和固相磷的形态分布、磷平衡验证等方面阐述近零排泥条件下磷的去除及转化途径；并考察了金属阳离子和组合金属离子对释磷吸磷、协同生物除磷及膜污染的影响。近零排泥UCT-MBR平板膜和中空纤维膜装置工艺特性及运行参数控制研究中,采用UCT-MBR工艺后尾水COD、NH3-N、TN浓度均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准；系统在好氧污泥浓度平均稳定达到12g/1左右时,出水TP明显减少,基本能够达到一级A标准,且实现污泥的近零排放。论文提出了UCT-MBR工艺实现污泥近零排放的具体最佳设计与运行控制参数,设计参数如膜组件类型、HRT、回流比、污泥负荷、污泥浓度等指标；运行参数如ORP、 DO、污泥沉降比(SV30)、污泥容积指数(SVI)、污泥表观产率系数、污泥龄、污泥排放量等。平板膜和中空纤维膜去除污染物效能及膜污染状况对比试验表明,平板膜对COD、NH3-N、TN、TP的去除效果更好；两种膜本身对COD、NH3-N、TN、TP都有不同程度的机械截留作用,其中对COD、TP的效果更好；两种类型膜污染规律为,平板膜为三阶段衰减,中空纤维膜为两阶段衰减。UCT-MBR系统污泥中磷和总磷在运行初期和中期是一个不断累积的过程,随运行时间延长厌氧段释磷浓度和好氧段吸磷浓度不断增强,污泥不断累积,直至出现一个极值。本设计试验条件下,厌氧、缺氧、好氧污泥浓度及厌氧段总磷浓度达到一定浓度时,产生污泥量衰减和磷的耗损,且随后污泥增殖和总磷的去除趋于稳定,污泥和总磷的累积不再出现。液相和固相磷形态分布、磷平衡验证分析研究中,液相中各种磷形态去除难易程度为：颗粒态磷(PP)最易去除,其次为溶解性正磷酸盐(DIP),然后为溶解态有机磷(DOP)。系统存在聚磷菌类微生物；磷的去除与金属离子有关；磷的去除存在EPS协同作用；得出了长期不排泥UCT-MBR平板膜工艺中磷的具体去除途径及占比,去除途径分别为：金属离子与磷结合产生无机磷、EPS协同作用除磷、聚磷菌超饱和能力的吸磷、PH3转化、出水中磷的流失。鉴于金属离子在强化除磷方面所起作用,深入研究了不同金属离子对释吸磷影响及污泥磷形态变化,结果表明钾离子和镁离子参与生物释磷过程,而钙离子并未随TP变化呈现相同趋势；提高进水中钾离子、镁离子、钙离子浓度使其与TP摩尔比分别为1.99、0.8、0.75,装置pH调为中性或偏碱性时,总磷去除率得到提高；三种离子与TP浓度变化呈多元线性关系,钙离子与TP浓度间为负相关,镁离子为正相关,钾离子浓度与TP浓度相关性取决于K/P摩尔比；金属离子对污泥磷形态影响变化为：聚磷菌等微生物合成有机磷化合物,沉积在污泥表面的无机结合态金属磷化合物,EPS等高分子聚合物吸附的磷。在金属阳离子及组合离子对膜污染及除磷影响研究中,提出了UCT-MBR工艺运行中膜污染情况及协同生物除磷效果最优的组合离子浓度；三种离子中对膜污染影响最显著的为Fe3+离子,其次为Na+离子,然后为Mg2+离子,且Fe3+>30mg/l或Na+/Mg2+浓度比值大于2时膜污染严重。组合离子(Nd+/Mg2+/Fe3+)浓度及配比对除磷及膜污染影响显著,主要通过改变污泥混合液中EPS及其组分、SMP、SVI、污泥絮体粒径等特性,从而影响阻力分布,表现不同膜污染速率；EPS及其组分、SMP、SVI均与膜污染阻力母呈正相关关系；EPS及其蛋白质含量、SVI与膜污染阻力间呈现显著强相关；SMP比EPS与膜污染阻力相关性弱；膜比通量(SF)与EPS和SVI呈多元线性关系,SVI、EPS与SF呈负相关,SVI对SF影响小于EPS。