氮、磷是导致水体富营养化的优势污染物。反硝化除磷技术具有节省有机碳源、减少温室气体排放、剩余污泥产量小等优点，符合可持续发展理念，具有广阔的发展前景。本研究采用序批式膜生物反应器（SBMBR）周期性运行，通过对其运行模式及操作参数的优化调整，强化其除磷脱氮能力，同时对不同工艺模式下SBMBR对氮磷的去除性能、污泥特性及膜污染等进行了考察。首先通过将AO模式运行的SBMBR和传统膜生物反应器（CMBR）运行模式进行对比，考察二者在不同进水碳氮比（COD／TN=28.2～3.4）条件下对氮磷的去除能力。结果表明：CMBR中TP的去除率在14％～96％之间波动；在进水COD／TN降至6.3时，对TN基本无去除效果。以AO方式运行的SBMBR具有很好的污染物去除能力，即使在进水COD／IN降到6.3时，TN和NH₄⁺-N的去除率仍可达到65％和90％以上；TP去除率保持在90％左右，在此COD／TN范围内，基本不受进水COD／TN变化影响；而且验证序批式的运行方式有助于减缓膜污染。为强化SBMBR的反硝化除磷能力，在AO MBR中引入缺氧段，并通过对工艺运行模式的调整，逐步强化其反硝化除磷效果。依次考察单反应器形式的AOA、A²O MBR及双反应器MUCT-MBR对污染物的去除性能，比较各工艺模式的反硝化除磷能力。结果表明：在AO MBR好氧末引入缺氧段而形成的AOA MBR工艺，具有一定的反硝化除磷性能；但PHB因好氧吸磷而被大量氧化，使缺氧段中聚磷菌（PAOs）的内碳源不足，而无法最大限度的提高系统反硝化除磷能力，因此缺氧段的除磷量占总除磷量的比例仅为28％。为解决上述不足，将缺氧段提前到厌氧阶段末，形成了A²O MBR系统，通过外加硝酸盐为反硝化吸磷提供电子受体。其缺氧段反硝化除磷量占总除磷量的比例提高到50％以上，但外加硝酸盐形成缺氧环境造成工艺操控复杂。因此，进一步改进工艺为双反应器的MUCT-MBR，两反应器中均有明显的缺氧吸磷现象，整个系统由缺氧段所去除的磷约占总除磷量的60％。系统以好氧产生的NO₃^-作为缺氧吸磷的电子受体，实现了无外加NO₃^-的条件下强化系统的反硝化除磷性能。采用FISH技术对PAOs占全菌的比例进行检测，得出AO、AOA及A²O MBR中PAOs所占比例依次增大；污泥磷元素分析结果显示，三系统中污泥含磷率依次增大，即吸磷能力逐渐提高。对污泥产率的计算结果为，SBMBRs中的污泥产率均明显低于传统活性污泥（CAS）工艺，且随反硝化除磷能力的增强，污泥产率减少，A²O MBR中污泥产率仅为0.29 kgVSS.kgCOD^-1。但由于其具有较高的污泥含磷率，从而保证了良好的除磷效果。研究发现：在AO、AOA、A²O MBR至MUCT-MBR的改进过程中，随着反硝化除磷能力的逐步提高，污泥的比好氧吸磷速率下降。表明对缺氧环境的强化更有利于具有反硝化能力的聚磷菌的生长，相应的对好氧聚磷菌的生长及活性产生抑制。O₂与NO₃^-同时存在时的比吸磷速率大于仅有O₂存在时的速率，且伴有NO₃^-的消耗。表明混合电子受体条件下，存在好氧反硝化吸磷。除磷工艺中磷的去除包括好氧吸磷、缺氧反硝化吸磷和好氧反硝化吸磷三种机制。