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本论文从进水高氯酸盐浓度、进水断面宽度和水力停留时间三个方面展开讨论,对离子交换膜生物反应器（ion exchange membrane bioreactor, IEMB）去除水源水中高氯酸盐的性能进行了系统的研究。通过分析运行过程中各项指标的变化规律,确定了离子交换膜生物反应器的最佳运行条件及设计参数。采用电镜扫描（SEM）、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）和克隆技术相结合的方法,解析了运行过程中微生物种群结构的演替变化,并通过DNA测序确定了优势菌的种类。在水力停留时间一定的条件下,通过改变进水ClO4-浓度研究离子交换膜生物反应器的性能。试验结果表明,①随着进水ClO4-浓度的增加,出水ClO4-浓度升高,ClO4-去除率降低。当进水ClO4-浓度的范围在29.30～104.24gμg/L内,出水ClO4-浓度的范围为0.04-19.00μg/L,除了运行第49d和第51d之外,均满足美国环保署（USEPA）规定的标准18μg/L。②ClO4-膜通量随着进水Cl04-浓度的增加呈增大的趋势。③在进水ClO4-浓度增大的初期,厌氧生物反应器污泥上清液中ClO4-浓度、水流动室出水Cl-浓度和出水电导率值增大。随着运行时间的增加,污泥上清液中ClO4-浓度逐渐降低,一般保持在10μg/L以下；出水Cl-浓度缓慢下降,最后稳定在90mg/L左右；出水电导率值呈逐渐下降趋势,最后保持在279μs/cm左右。在相同运行条件下,考察了进水断面宽度的变化对离子交换膜生物反应器性能的影响。结果显示：①水流动室出水ClO4-浓度和ClO4-膜通量随进水断面宽度的增大而增加,出水Cl-浓度随进水断面宽度的增大而减小。②水流动室出水电导率的值与水流动室的尺寸有关,进水断面宽度越大,电导率变化幅度越大。③厌氧生物反应器污泥上清液中ClO4-浓度随进水断面宽度的增大而增加。在运行过程中,厌氧生物反应器中的高氯酸盐会产生暂时积累现象,经2-8d后被还原至4μg/L以下。在进水ClO4-浓度一定的条件下,研究水力停留时间的变化对离子交换膜生物反应器性能的影响。研究结果表明：①随着HRT的减小,出水ClO4-浓度、ClO4-膜通量、出水Cl-浓度和出水电导率呈增大的趋势。②在HRT减小的初期,厌氧生物反应器污泥上清液中ClO4-浓度增大,随后ClO4-浓度逐渐降低或达到稳定状态,一般保持在2.0μg/L以下。通过SEM、PCR-DGGE和克隆技术相结合的方法考察了进水ClO4-浓度对离子交换膜生物反应器微生物种群结构的影响。研究结果发现,随着运行时间的增加,微生物的形态发生了显著的变化,但整个运行过程杆菌和球菌为主要变化菌种。DGGE条带比较图及系统进化树都说明,运行过程中微生物的多样性良好,且群落发生了复杂的变化。反应器系统中的菌群主要包括α、β、γ、δ-变形菌纲、放线菌纲、梭菌纲和拟杆菌纲,其中变形菌门为主要菌群。虽然微生物在整个运行过程中发生了复杂变化,但是系统中存在某些菌种在整个过程中保持优势地位,如Desulfovibrio alaskensis strain Jlac、Devosia sp.1C1627、Mesorhizobium temperatum strain SDW 018和Delftia acidovorans isolate As3-4等,可以推测这些菌种是高氯酸盐还原菌的主要组成部分。