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目前水体富营养化是一个全球的水环境问题，氮、磷元素是引起水体富营养化主要的限制因子。目前水处理界致力于研发经济高效的脱氮除磷污水处理工艺以满足排放指标的要求。基于膜生物反应器技术发展而来的脱氮除磷工艺以其独特的优势备受关注，将以UCT-MBR工艺处理城市污水为基础，全面考查工艺脱氮除磷效能，并同步考查膜污染特性与机制，分析强化脱氮除磷的过程对污泥可滤性及膜污染的耦合影响，以实现对工艺运行过程的优化控制，保证UCT-MBR工艺的高效可持续运行。 采用UCT-MBR工艺处理合成城市污水，在进水有机负荷和总氮负荷分别在0.08 kgCOD·kg-1MLSS·d-1和0.015 kgN·kg-1MLSS·d-1的条件下，能够稳定取得92.6％、77％的去除率，出水平均在20.8 mg·L-1、12.41 mg·L-1。FISH检测结果表明，该工艺有利于PAOs的生长与富集;DNPAOs与PAOs的动力吸磷速率结果显示，DNPAOs的富集速率高于PAOs，DNPAOs/PAOs的比例由21d的31％增长到60 d的49％。在工艺运行稳定阶段，不同反应池内污泥PHB的检测进一步表明反硝化除磷过程的进行与维持，DNPAOs与PAOs的演替与变化呈现同步性。 在稳态运行的条件下，考查了UCT-MBR工艺的膜污染特性与机制，通过三维荧光光谱和傅里叶红外光谱对膜污染物质的识别与表征，表明多糖类与蛋白质是构成膜污染物质的重要组成，扫描电镜与能量色谱X射线光谱仪对污染膜表面的检测表明Ca、Mg、 Al、Si、Fe等金属元素对膜表面无机污染及滤饼层形成贡献较大。EPS与SVI有较好的线性正相关性，SVI在一定程度上可以指示污泥的可滤性。EPS，SMP，TEPS浓度增加时，对应的MFIsol，MFIss，TMFI值呈现增大趋势。采用SPSS分析得知，可以用SMP＞100 kDa浓度来预测UCT-MBR工艺稳态污泥的可滤性与膜污染的潜质，拟合的公式为TMFI=2.113SMP＞100 kDa+5.369。 考查了曝气强度与回流比对UCT-MBR工艺的协同影响。结果表明，曝气强度与回流比的变化对COD及NH4+-N的去除效能影响不大。在相同曝气强度的条件下，回流比的增加强化了反硝化除磷的效果，其中在低曝气强度条件（100-125 L·h-1，DO:1-1.5 mg·L-1），回流比为400％的条件下，DNPAOs/PAOs的比例达到了最大值，稳定在为50.7％左右;曝气强度的增加，对缺氧除磷率，TP及TN的去除效能具有一定的抑制作用。曝气强度的增加会使得EPS的浓度增加，但曝气强度对滤饼层的形成起到明显的抑制作用;回流比的剪切作用使污泥粒径的减小及溶解性微生物代谢产物浓度的增加，是导致膜孔内部阻力增加的主要因素。通过FT-IR对膜表面污染物质的分析表明曝气强度与回流比的变化并没有造成其组成成分的变化。 考查了碳氮比对UCT-MBR工艺脱氮除磷效能与膜污染的影响，结果表明在高COD/TN比（COD/TN比为7.3时）时能够减缓反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，并且强化了反硝化除磷作用，缺氧除磷率能够达到44.93％。进水COD/TN比的变化改变了脱氮途径，通过SND去除的氮量的比例由1.6％（COD/TN比为3.2时）增长到27.9％（COD/TN比为7.3时），同时导致微生物代谢产物的增加，恶化了污泥的可滤性，加快了膜污染速率。在低DO条件下，膜表面的生物膜的反硝化行径也是加快膜污染的另一个不可忽略的因素，PCR-DGGE对膜表面的微生物群落解析表明，具有反硝化功能的Hyphomicrobium sp.和Castellanielladenitrificans sp.是完成此生化过程的优势菌属。 采用序批式过滤试验，考查硝化污泥与反硝化污泥（在三种电子供体的条件下）的可滤性与污染机制，结果表明使用乙酸时的反硝化速率为13.8mgN·g-1MLVSS·h-1，高于甲醇的3.4 mgN·g-1MLVSS·h-1，乙醇的10.2mgN·g-1MLVSS·h-1，而且以乙酸为电子供体反硝化过程后污泥的TMFI值最小。反硝化污泥相对于硝化污泥中SMPp增多，成为导致MFIsol值增大的主要因素，会增大污泥中溶解性物质在膜孔内部的堵塞，其中以甲醇为电子供体时的反硝化过程最为明显。反硝化过程相对于硝化过程中EPS浓度有所降低，以及EPSc和EPSp的相对疏水性的降低成为混合液中MFIss降低的主要因素。硝化污泥与三种电子供体下反硝化污泥产生的EPS的分子量分布上稍有不同，而FT-IR对EPS的官能团的检测表明硝化过程与在不同电子供体下反硝化过程污泥产生的EPS的组成并没有发生变化。 考查了氯化铁(FeCl3·6H2O)的投加对UCT-MBR工艺在处理碳源受限污水时的运行效能与膜污染的影响。试验表明铁盐的投加强化了除磷效能，在最优除磷投加量运行时（投加量为1.8 mmol·L-1），能够最佳协同生物除磷的作用使得系统TP的去除率达到最高，并且此投加量对污泥的硝化性能影响不大。氯化铁主要是通过增加污泥粒径、降低大分子有机物浓度（SMP＞100kDa浓度）来实现减缓膜污染程度。在最佳污泥可滤性投加量运行时（投加量为2.6 mmol·L-1），可以使得污泥絮体表面的排斥作用达到最小，污泥粒径达到最大，并且最大程度地降低SMP＞100 kDa的浓度，使得UCT-MBR工艺的膜污染速率达到最小。但是该投加量严重地影响了污泥的生物活性，降低了污泥的硝化与释/吸磷性能，成为制约脱氮除磷效能的主要因素。在优化投加量运行时，UCT-MBR工艺的运行效能与膜污染速率均处于最优除磷混凝投加量与最优污泥可滤性混凝投加量之间。通过FT-IR与能谱分析表明，铁盐的投加没有改变膜污染物质的组分，无机污染对膜污染速率的影响程度要小于有机污染，无机元素协同有机高聚物形成密实滤饼层时存在一定的滞后性。