膜生物反应器曝气能耗高和膜污染问题，已成为限制膜生物反应器技术工业应用的重要因素。本论文针对平板膜生物反应器曝气过程，研究了膜间距对膜污染的影响，并从气泡参数方面解释了原因；优化了管式曝气器的曝气孔径，并与盘式微孔曝气器在膜污染控制方面进行了比较，选取了最佳的曝气设备。组建了双模式膜生物反应器，从节能和膜污染控制方面对微生物曝气和膜曝气区域曝气量进行了优化。研究了不同膜间距(4.0mm，8.0mm，12.0mm)对膜污染的影响。同时建立了模拟膜生物反应器，采用摄像和图形分析法观测了气泡在膜间的上升运动。结果表明在相同比曝气量下，膜间距为4.0mm时，膜污染程度最轻。摄像和图形分析结果表明膜间距为4.0mm时，气泡形状为球帽形，气泡扭曲变形程度最大，单个气泡冲刷膜面积最大，但气泡上升速度由于―壁效应‖而明显减小。以管式曝气器为研究对象，在不同曝气孔径(1.0mm，2.0mm，3.0mm)条件下比较了膜污染上升速率和活性污泥悬浮液中溶解氧的差异，曝气开孔直径为1.0mm时，膜阻力上升速率最小，活性污泥悬浮液中溶解氧浓度最大。曝气开孔直径为1.0mm的管状曝气器膜污染控制性能优于盘式膜片曝气器。曝气开孔直径为1.0mm的管状曝气器既能有效控制膜污染，又能给微生物提供较高的溶解氧，是较为理想的曝气器。组建了双模式膜生物反应器，微生物曝气采用微孔曝气，膜曝气采用大孔曝气。微生物曝气区域充氧效果良好，污泥具有较高的活性。在膜曝气区域，增大曝气量对活性污泥粒径分布、胞外聚合物含量有明显的影响，曝气量不宜过大。微生物曝气区域和膜曝气区域最佳曝气量分别为40L/h和60L/h。双模式膜生物反应器具有节能、膜污染增长缓慢等优点，在工业上值得推广应用。