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膜曝气生物反应器(Membrane aeration bio-reactor,MABR)是将膜技术与生物反应器有机结合的废水处理新技术。膜组件同时起到生物膜载体和无泡曝气的双重作用，使氧气和营养物质的传递分别从生物膜的两侧进入膜内，因而生物膜内部存在明显的溶解氧和底物的浓度梯度，实现同步进行硝化反硝化(Simultaneous nitrification and denitrification,SND)。
本文以自制的疏水性PVDF中空纤维微孔膜为组件的膜曝气生物反应器(MABR)进行生活污水的处理研究。实验进行210天，初期进行清水膜曝气试验，考察水力条件和曝气压强对曝气效果的影响，并比较膜曝气与常规曝气器进行工作效能比较，验证其良好的工作效能；后期采用快速排泥挂膜法进行生物挂膜成功后，启动膜曝气生物反应器，通过对水样TCODcr, SCODcr, NH3-N以及TN的测试分析，分阶段进行了对同步硝化反硝化(SND)脱氮和去除的性能考察，并分析了碳氮比(C/N)、水力停留时间(Hydraulic retention time，HRT)等运行参数对系统运行性能的影响。
实验结果表明：
对于清水膜曝气实验，气压控制在泡点以内，充氧能力随液体循环流量的增大而提高，随气压的升高而增加；而气压超过泡点，供氧初期充氧能力显著提高，但随曝气时间的延长增长幅度降低。同一实验条件下，膜曝气氧总转移系数0.0128min-1明显高于普通曝气器氧转移系数0.0032min-1，证明其氧传递的优越性。
生物挂膜阶段，反应器水温26℃～28℃、pH为7.5～8.5、压力3.37KPa下实现无泡曝气、添加辅助曝气使反应器内溶解氧含量为2～3mg/L，经20d左右，成功实现生物挂膜，启动膜曝气生物反应器，随运行时间的延长，生物膜增厚，使得高进水负荷下的去除率有一定提高。溶解氧1.0mg/L下可得到总氮(TN)的最佳去除效果，NH3-N、TN和CODcr去除率分别为43％，46％和35％，说明反应系统已具有较好的同步硝化反硝化能力。另外，MABR运行过程中生物膜量较低，维持在140～170mg/g，一方面是由于膜组件填充比较低，另一方面生物膜长势不均，限制了反应器系统CODcr、NH3-N和TN去除率的进一步提高。
从批式实验结果来看，碳氮比(C/N)和水力停留时间(HRT)对硝化效率和反硝化率有显著影响，C/N比过低反硝化缺乏碳源，C/N比过高则传质困难，硝化效率降低。系统体积交换率对CODcr、NH3-N、TN去除率的提高也有一定影响。降低系统体积交换率为50％，延长HRT为12h，C/N比为5的条件可以认为是本反应系统的理想操作参数，CODcr, NH3-N和TN的去除率分别可以提高至54％、55％、50％。
PCR-DGGE技术测试结果表明，该MABR反应系统中存在nitrobacter硝化杆菌种、activated sludge bacterium活性污泥细菌、nitrosomonas亚硝化单胞菌种具有反硝化功能的hyphomicrobium生丝微菌属，由此说明该反应系统发生了同步硝化反硝化。