在生物污水处理厂中对氮的去除主要是通过硝化和反硝化两个过程来实现的。硝化和反硝化过程是由活性污泥中两类不同的微生物来完成的。由于硝化菌和反硝化菌的不同生理特性，污水处理中对总氮的去除往往是在两级系统中实现的。硝化和反硝化这两个过程能够在一个反应器中同时发生。这个现象也被称为同步硝化—反硝化。
从生物学角度来看，由于超滤膜的强制截留作用，使得自养型硝化菌和异养型反硝化菌能够在MBR中并存，从而使同步硝化—反硝化的发生成为可能。MBR中能够存在高浓度的活性污泥，限制了氧气向污泥絮体内部的扩散，因而在污泥絮体内部能够形成缺氧环境，在这种条件下，硝化反应可以在有氧的污泥絮体表面进行，而反硝化则可以在缺氧的絮体内部进行。
有研究表明，只有当系统的有机负荷小于0.18kgBOD5/kgMLSS.d时，硝化菌才能在生化系统中得以保留。在该研究中，系统中由于膜的截流作用，系统中的污泥浓度高于常规活性污泥工艺，致使系统中的有机负荷小于上述条件。
由于膜组件的物理截留作用，能够将HRT和SRT完全分离，在MBR中较容易获得实现同步硝化—反硝化的条件。在本研究中，考察DO、有机负荷（F/M）和C/N比等因素对同步硝化—反硝化的性能的影响，并建立同步硝化—反硝化的动力学模型，以加深对单级脱氮工艺的理解。
1 实验装置与方法
1．1 实验原水
此阶段实验用原水采用人工配水，原料为淀粉、蔗糖、氯化铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和碳酸氢钠，根据实验需要配制相应的原水。实验期间，生物处理单元的水温控制在20~22℃，MBR中水力停留时间为6小时。在实验中，通过排泥使MBR中污泥浓度维持在5 000~6 000mg/L之间。
1．2 实验装置
实验装置如图1所示，具体的参数如下：
（1）高位水箱
尺寸为：1000´600´400mm3,有效容积为200升，用以贮存实验用原水。
（2）液位平衡箱
尺寸为：200´200´200mm3,内设有浮球阀，用以调节MBR反应器中的水位，使进水量与膜出水保持平衡。
1高位水箱, 2液位平衡箱, 3 MBR反应器, 4 膜组件, 5 微孔曝气器, 6空压机, 7气体流量计
图1 实验装置图
（3）MBR反应器
反应器尺寸为：160´160´700mm3,有效容积为16.3升，在反应器的底部布设一直径为150mm的微孔曝气器。在反应器的上部淹没放置一个中空纤维式超滤膜组件，膜出水的动力由静水头H提供。超滤膜的性能如表1所示。
表1 超滤膜性能
Table 1 Characteristics of the test ultrafiltration membrane
指标 数值或说明
膜材料 聚丙烯
膜表面积 (m2) 约2.0
最大孔径 (µm) 0.1
纤维长度 (m) 约0.35
截留分子量 (dalton) 50000
1．3 实验分析方法
实验采用的水质分析方法为国家环保局水与废水检测分析方法，具体方法见表2。
表2 水质分析方法
Table 2 Analytical methods for wastewater quality
编号 分析项目 单位 分析方法
1 CODcr mg/L 回流法
2 BOD5 mg/L 稀释接种法
3 NH3-N mg/L 钠试剂分光光度法
4 NO2-N mg/L N—(1—萘基)—乙二胺光度法
5 NO3-N mg/L 酚二磺酸分光光度法
6 TN mg/L 过硫酸钾氧化—紫外分光光度法
7 TP mg/L 过硫酸钾氧化—氯化亚锡还原光度法
8 pH PHS—3C型酸度计
9 SS mg/L 重量法
10 VSS mg/L 重量法
11 DO mg/L YSI (MODEL 50B)溶氧仪
12 O3 mg/L 碘量法
13 温度 ℃ 温度计
14 细菌总数 CFU/mL 平板计数法
15 膜通量 L/m2.h 体积法