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目前，我国分散型生活污染源所产生的污水未经有效处理，随意就地排放，最终汇入江河、湖泊或渗入地下等水体，对地表和地下水环境所造成的污染和对水生生态造成的破坏日渐突出。为此，国务院、建设部和国家环境保护总局要求对分散型生活废水进行就地处理后达标排放。但就目前我国的财政水平、技术条件、运行管理水平及分散污水来源特点的现状来看，研究开发高效低耗、工艺简单、稳定且便于管理、小型一体式的分散型污水处理新工艺新设备便成了当务之急。 本文研究与设计了四区一体式生物膜-活性污泥生物脱氮反应器，反应器设置有好氧生物膜区、微氧缓冲区、缺氧反硝化区、澄清区，四区池壁共用且无管道连接，此反应器为立式设计，拥有占地小造价低的优点;将固定生物填料置于好氧生物膜区，通过曝气动力及重力作用实现混合液内循环，节省因硝化液回流投加的设备和能源;活性污泥与生物膜工艺相结合，充分发挥它们各自优势的同时形成丰富多样的功能微生物菌群，扬长补短，以达到一个比较理想的污水处理效果。 为实现该分散型生活污水处理装置的普遍适用性、高效稳定性，本试验重点考察了以下几个方面: (1)首先研究了反应器冬季低温启动特性及硝化菌群结构变化。 试验采用梯度缩短HRT方法，考察了冬季8～15℃水温环境下的反应器COD、NH4+-N、TN去除效果，同时，采用荧光原位杂交技术(FISH)对种泥及其启动过程中的生物膜硝化菌群(AOB、NOB)结构进行分析，并对反应器运行效果与功能微生物的相关关系进行了探讨。结果表明，在HRT为9.2h下COD、NH4+-N、TN去除率分别为92.11％、99.21％、61.63％;启动末期生物膜内AOB、NOB数量是种泥内的5.82倍、6.14倍，硝化细菌占总菌量由6.12％上升至16.38％，成为生物膜的优势菌群;末期硝化效率由初期78.49％上升至97.52％，NOB数量增长5.61倍，AOB/NOB由种泥1.57至启动初期2.14至启动末期1.47，AOB菌与NOB菌结构关系得到优化，反应器内富集生长的AOB、NOB及合适的AOB/NOB比值是确保硝化出水水质的重要保障。 (2)分别研究了反应器采用不分区与分区进水方式下的脱氮特性。 试验采用控制反应器总进水流量12.0L/h不变，调节A区、B区流量分配比分别为QA∶QB=3∶0、QA∶QB=3∶1及QA∶QB=1∶1，考察三种流量比下COD、NH4+-N、TN去除效果及各区微生物浓度及活性变化，结果表明，反应器在三种流量比下COD去除率分别为92.11％、89.90％和87.60％，呈显著的高负荷高去除率现象，NH4+-N去除率分别为99.35％，97.83％和97.25％，NO2--N均无累积，TN去除率分别为57.16％、62.29％和70.10％，由此可见QA∶QB=1∶1脱氮效果最好;对比QA∶QB=3∶0和QA∶QB=1∶1，生物膜上微生物量由0.033g·cm-3增加至0.043 g·cm-3，反应器内循环MLVSS/MLSS由0.800升高至0.840，可见，分区进水有助于微生物菌群的有效增长和活性增强。 (3)利用RFLP技术对生物膜AOB细菌、缺氧区反硝化细菌的群落结构及多样性进行了研究。 结果表明，amoA基因和nirS基因的Shannon-Wiener指数分别为2.636、3.331，Simpson指数分别为0.861、0.888，均匀度指数分别为1.27、1.39，二者均具有显著的物种多样性、文库优势度及均匀度;此外，生物膜AOB均属于具有较快增长速度的Nitrosomonas菌属，其中N.oligotropha cluster（约占85.6％）为优势菌群，缺氧区反硝化菌属于β-Proteobaeteha的占有绝对优势，其中自养反硝化菌属Thiobacillus denitrificans是优势菌群，该菌属有助于低碳氮比污水高效脱氮。