城市生活污水中COD浓度低是导致脱氮效果差的主要原因之一。我国南方生活污水COD浓度低,属于低营养状态,使污泥增长速度缓慢,导致生物量不足,影响运行效能;同时对碳源的有效利用率低,导致反硝化作用不充分,脱氮效果差。本文首先通过驯化硝化生物膜和反硝化生物膜来强化多级A/O生物膜工艺的启动效率,然后调控工艺参数,优化出水效果,最后通过高通量测序技术分析生物膜对反应器的快速启动及调试稳定运行的功能作用。拟解决反应器对低COD生活污水脱氮效果差的问题。通过提高实验配水中的氮源和碳源浓度,梯度驯化硝化生物膜和反硝化生物膜系统。系统在20天内已经驯化完成。利用驯化后的硝化生物膜系统和反硝化生物膜系统分别对模拟低COD生活污水进行处理,硝化生物膜系统对氨氮和TN的去除率分别为99%和50%;反硝化生物膜对硝酸盐氮和TN的去除率均为99%。运行多极A/O生物膜反应器,对比生物强化启动方式和自然挂膜启动方式的启动效率发现,反应器经生物强化后,其启动周期可从未强化时的16天缩短至7天。对比不同的运行参数,确定最优的运行条件为:水流停留时间为8h,进水流量分配比为2:1,硝化液回流比为200%。在最优运行条件下,反应器出水COD、氨氮和TN分别为20 mg/L、0.1 mg/L和8.5 mg/L,去除率分别为83%、99%和58%,可达到国家城市生活污水一级A标准。通过高通量测序技术对多级A/O生物膜反应器各功能段中样品进行微生物群落结构解析,A/O工艺中O段与硝化生物膜系统原有菌群种类相似,硝化生物膜中的具有硝化功能的优势菌群(Nitrosomonadaceae_uncultured和Nitrospira)在投入A/O反应器并运行稳定后,仍然占主导地位,生物强化成功。A/O工艺中A段与反硝化生物膜系统原有菌群种类相似,硝化生物膜中的具有硝化功能的优势菌群((Thauera、Flavobacterium和Pseudomonas)在投入A/O反应器并运行稳定后,仍然占主导地位,生物强化成功。系统中具有脱氮功能的菌群属于优势菌群,强化了处理系统的脱氮效能。