MBBR中生物膜主要固着在填料上，污泥停留时间与水力停留时间无关，硝化菌、亚硝化菌等生长世代时间较长、比增长速率很小的微生物都可以在填料上生长，从而增强了脱氮能力。脱氮过程分为硝化和反硝化两个阶段，分别由硝化菌和反硝化菌完成。MBBR可以实现硝化菌与反硝化菌在空间上相对独立生长，从而优化了两种菌群的生长条件。
MBBR用于生物脱氮取得了较好的效果。RustenN在FREVAR废水处理厂使用KaldneS型KI填料中试进行废水的脱氮处理，进水为预处理过的生活污水，温度为4.8℃～20℃。结果表明，10℃时，硝化速率达190gTNK/m2.d，反应器的pH>7。前期脱氮效果主要受水中易降解有机物浓度和MBBR缺氧区进水中溶解氧浓度的影响。该设计将MBBR与前硝化、后脱氮、絮凝剂最后的固体分离系统结合使用，如进水为25mgTN/L，总氮的去除Ng为70%，空床HRT可达4-5h。
2，3-二甲基苯胺是一种环状结构且有毒不易降解的有机物，在生产染料和甲灭酸工厂排出的废水中，含有大量该物质。邢国平等采用循环MBBR对该废水进行处理，当HRT较短时，氨氮的去除率较大，因为主要发生的是微生物的耗氧，且氨氮的去除率与其容积负荷成反比。
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