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由于气候变化和城镇化、工业化的发展引起的人口激增,加速了对水的需求;而常规的活性污泥处理工艺难以满足愈来愈高的水质的要求。膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)由于具有生物量高、出水水质好、占地面积小、污泥产量低的优点,常被用于污水的处理过程中,而纳滤用于去除MBR出水中残留的病毒、无机物、溶解性有机物、痕量有机物。然而膜的污染问题是制约微滤和纳滤广泛应用的因素之一,同时,MBR产生的剩余污泥和纳滤产生的浓水亦不能直接排入环境中。而目前以零排泥方式运行MBR中试,对于污泥混合液的胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)和溶解性微生物代谢产物(Soluble microbial products,SMP)的研究,以及超低压纳滤(Ultra low pressure selective nanofiltration,DF)深度处理常规二级出水的中试研究的报道较少。本研究采用A~2/O-MBR与DF联合系统处理城市污水,主要研究内容及结论如下:(1)以传统活性污泥处理工艺(CAS系统)为对比,控制A~2/O-MBR(厌氧-缺氧-好氧-MBR,MBR系统)以零排泥方式运行。MBR系统对COD、氨氮的去除效果更好,平均去除率分别可达92.54±4.86%和97.73±5.99%,对总氮和总磷(TP)的去除率分别可达75.04±11.47%和46.39±16.01%,其中MBR系统运行更稳定且耐冲击能力较强。两个系统内EPS和SMP在稳定运行的前期积累,在中期、后期逐渐被降解利用。污泥混合液逐级回流和长污泥龄的设置,有利于EPS和SMP总量的削减,从而缓解微滤膜的污染;而污泥龄的减小和污泥流失等会促使微生物释放EPS和SMP以对抗环境的变化。EEM分析表明,类蛋白物质的含量较高、易于被生物降解且能被微滤膜所截留,对膜污染贡献相对较大,类腐殖酸物质由于性质较为稳定、较难被生物降解,且能穿过微滤膜,对膜污染的贡献相对较小。(2)DF系统在以较低的操作压力(<0.32 MPa)稳定运行过程,可高效截留污染物,同时对高价离子有较高的截留效率,对单价离子截留效果相对较低。DF膜通量和脱盐率与运行时间和进水的含盐量(以总溶解性固体和电导率计)呈极显著相关;通过增大浓水回流比例可加快浓差极化,使膜组件快速被污染。清洗后的洗脱液分析表明,DF系统的污染层主要由钙盐、镁盐、铝盐和铁盐等组成。(3)以DF浓水零排放的方式联合运行MBR-DF系统,其中,MBR系统对总进水中COD和氨氮的去除贡献率很高(88%和97%),经过DF截留后,最终出水COD小于10mg/L,氨氮小于0.1 mg/L;通过化学除磷强化MBR系统除磷效果,削弱DF系统对磷酸盐的截留,进而延缓DF膜污染。(4)城市污水溶解性有机物中,携带荧光特性的主要组分为类蛋白物质。经不同系统处理后,出水DOM的最大荧光峰强度呈现显著的差异,表明各个系统降解有机物的途径存在差异;而不同系统的联合可相互弥补不足之处,使去除能力提高。针对CAS系统出水中丰度较高的内分泌干扰物——17-β雌二醇(E2),CAS系统仅能去除70.8%,而MBR系统和DF系统能高效去除E2(>99.98%)。MBR-DF处理可显著提高出水水质,并有效降低出水在回用的过程中存在的健康隐患与生态威胁,实现MBR系统源头式污泥减量化以及DF系统浓水零排放的高效循环利用。