随着人口的迅速增长、城镇化进程的加快及工农业的迅速发展,水环境由于氮、磷污染导致水体富营养化问题日益突出。为解决水环境污染问题,国家与地方在加强污水处理的同时,对城镇污水处理厂污水排放标准的要求也日趋严格,但以传统活性污泥法为主的污水生物脱氮处理技术普遍存在运行能耗高、处理稳定性差等缺点,且已有研究表明在生物脱氮过程中会产生一定量的氧化亚氮（N2O）与一氧化氮（NO）中间产物,尤其N2O作为六种主要温室气体之一,其百年温室效应为二氧化碳（CO2）的265倍,对大气臭氧层具有较强的破坏能力。因此,在加强城镇污水处理解决水环境问题的同时,污水处理过程污染物的转移及其对大气环境的影响也应引起足够的重视。因此,本研究针对以生物膜为主体的城镇污水处理两段式A/O-MBBR生物脱氮技术,开展城镇污水两段式A/O-MBBR生物脱氮工艺优化及其氮素污染物归趋研究,为城镇污水高效低碳两段式A/O-MBBR系统的构建与优化调控提供技术支撑。本研究在青岛市某城市污水处理厂开展现场实验研究工作,并以该污水处理厂实际进水为研究对象,构建了处理能力为12m3/d的两段式A/O-MBBR中试实验系统,在两段式A/O-MBBR系统优化运行基础上,利用尾气取样与检测方法,分析了在不同运行工况条件下两段式A/O-MBBR中试系统各反应单元氮气、氧化亚氮（N2O）与一氧化氮（NO）产物变化,研究结果表明:（1）两段A/O-MBBR中试系统启动7天后,对污染物的处理效果可达稳定。在温度为20.6～26.9℃、有机容积负荷为284.11±115.27g SCOD/（m3·d）、氨氮容积负荷为89.19±31.31 g N/（m3·d）的条件下,SCOD、氨氮、TIN平均出水浓度分别为26.43 mg/L、0.43 mg/L、2.85 mg/L,平均去除率为80.78%、98.85%、94.11%,对有机物、氨氮、TIN均有良好的处理效果,可实现稳定、高效运行。（2）两段A/O-MBBR中试系统在稳定运行期间,在温度为20.6～26.9℃、有机容积负荷为284.11±115.27g SCOD/（m3·d）、氨氮容积负荷为89.19±31.31 g N/（m3·d）的条件下,SCOD、氨氮在第一段A/O分系统内可基本得到去除。各好氧反应器中BFCOD膜表面负荷与BFCOD膜表面去除负荷具有良好线性关系（正相关）。O3反应器在硝化负荷为1.42～4.27 g NH4+-N/（m2·d）的条件下,硝化负荷与硝化去除负荷无线性关系;O4、O5反应器在硝化负荷小于1.2 g NH4+-N/（m2·d）时,硝化负荷与硝化去除负荷呈正相关,当硝化负荷大于1.2 g NH4+-N/（m2·d）时,硝化负荷与硝化去除负荷无限性关系。O5反应器在硝化负荷为0～0.57 g NH4+-N/（m2·d）的条件下,硝化负荷与硝化去除负荷呈正相关。各缺氧反应器中反硝化负荷与反硝化去除负荷均呈正相关。（3）影响两段式A/O-MBBR中试系统脱氮关键的因素为溶解氧,其次为进水污染物浓度（氨氮、SOCD、硝酸盐、亚硝酸盐）、碳源投加量、碳氮比、水力停留时间、SS、回流比、曝气量,而进水量对中试系统脱氮影响较小;两段A/O-MBBR中试系统在脱氮过程中溶解氧与氨氮去除率、出水TIN浓度呈正相关,与出水氨氮浓度、出水SCOD浓度、SCOD去除率、TIN去除率、出水亚硝酸浓度呈负相关。通过人共调控可以有效增加系统脱氮效果。（4）在两段式A/O-MBBR系统中,污水中氮元素由氧化态离子氮（NO3--N、NO2--N）转化为气态氮（N2、N2O与NO）主要发生在前置反硝化A1反应器与后置A6反应器内,同时各缺氧反应器反硝化气态产物均存在N2、N2O与NO;各好氧反应器脱氮气态产物仅为N2O,从氮元素反应平衡来看,各好氧反应器释放的N2O主要源于缺氧反应器反硝化产物在反应液中溶解的吹脱。溶于水的N2O在各反应段内缺氧、好氧反应器的溶解量整体上呈下降趋势。在两段式A/O-MBBR中试系统中N2O平均排放系数中最高的为后置反硝化的O8好氧反应器,其排放系数为309.31 mg N/（m2·h）,其平均释放通量为331.19 mg N/m3与13.51 mg N/g N。（5）影响两段式A/O-MBBR中试系统脱氮产物排放的关键因素为碳氮比,且碳氮比与N2O排放系数、溶解态N2O浓度、NO排放系数均呈负相关。人工调控因素（溶解氧、碳源投加量、水力停留时间、回流比等）对N2O与NO产生不容忽视,通过对碳氮比的调整既可以降低出水氮浓度,同时也可降低N2O与NO的排放量。两段A/O-MBBR中试系统N2O的排放量占系统处理氮负荷总量的0.07%～4%,其远低于活性污泥法生物脱氮工艺的25%。