水环境中氮元素的大量积累导致了水环境质量的严重恶化,如何去除水体中的氮成为水污染防治界研究的重点和热点之一。传统生物脱氮工艺普遍存在工艺流程长、占地面积大、运行成本高等缺点,难以适应污水处理技术可持续性发展的普遍要求。最近,一种极具应用前景的新型单级自养脱氮技术被开发出来,该工艺是在不外加有机碳源、且在一个反应器内组合亚硝化和厌氧氨氧化反应实现脱氮,与传统生物脱氮工艺相比,具有简易、高效、低能耗的显著优点。本论文以包裹无纺布的多微孔炭管作为生物膜载体和供氧装置的膜曝气生物膜反应器（MABR）,对单级自养脱氮工艺亚硝化启动阶段进行试验研究;使用荧光原位杂交（FISH）技术,检测不同时期的生物膜微生物群落结构,为接种厌氧氨氧化菌进而实现单级自养脱氮工艺创造了良好的基础。具体研究结论如下:（1）炭管膜具有较高的传氧能力,能够为所附着生物膜的新陈代谢提供充分的氧气;采用包裹无纺布的多微孔炭管的膜组件可以有效的提高反应器对生物的持留能力,使生长缓慢的硝化细菌得到有效的富集,从而保证亚硝化的实现。（2）利用无纺布包裹炭管的膜曝气生物膜反应器,在进水NH₄⁺-N浓度为200 mg/L、温度34±1℃、pH为7.5左右、HRT=8 h的条件下,通过逐步降低炭管内气压进而降低反应器中溶解氧的方法,实现了稳定的亚硝化,并使出水NH₄⁺-N与NO₂^--N比约为1:1。之后继续运行20天,其各出水指标均较稳定。（3）荧光原位杂交分析表明,微生物驯化结束时,亚硝酸菌与硝酸菌分别占DAPI染色总菌数的33%、30%,而在亚硝化稳定阶段,亚硝酸菌占DAPI染色总菌数的比例已经上升到65%,硝酸菌下降到9%,实现了亚硝酸菌的富集,为接种厌氧氨氧化菌进而实现单级自养脱氮工艺创造了良好的微生物基础。