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膜生物反应器（MBR）工艺是传统活性污泥法（CASP）与膜分离技术相结合的高效的污水处理再生技术。MBR具有污泥浓度高、处理水水质好、占地面积小、水力停留时间和污泥停留时间可分别控制等优点，具有良好的发展和应用前景。然而，膜污染是制约MBR工艺大规模工程应用的主要因素，它一方面导致膜组件的频繁物理、化学清洗，增加运行维护费用，另一方面影响膜的使用年限，增加膜更新的费用。迄今对于膜污染的研究多集中在小型实验研究方面，对于实际投入运行的MBR的膜污染研究较少。因此，很有必要系统性地研究运行中的MBR的膜污染状况，为通过运行调控实现膜污染控制奠定理论和技术基础。本课题是国家自然科学基金重点项目（50838005）的部分研究内容，针对西安思源学院污水处理厂2000m3/d的A2O-MBR污水再生处理系统，分析评价了其在历时9个月的连续运行过程中的跨膜压差（TMP）变化和膜过滤性能，结合现场采样分析和批式膜过滤试验，进行了主要膜污染物质的膜污染特性表征，开展了恒通量运行模式下A2O-MBR系统的膜污染机理分析。论文的主要研究内容及成果如下：（1）通过连续检测与采样分析，评价了A2O-MBR系统污水再生处理的工艺特点、处理效果和膜过滤特性。该系统采用厌氧-缺氧-好氧（A2O）反应器进行污水生化处理，后续中空纤维膜淹没式膜生物反应器（MBR）。在A2O阶段采用了污泥混合液逐级回流方式，以利于溶解氧的合理利用和污泥的混合均匀；在MBR单元采用了抽吸泵间歇抽吸和周期性维护性清洗（EFM）的方式，以利于膜污染防止。长期运行结果表明，该系统在保障再生水达到杂用和景观回用水质的同时，9个月的运行周期内在恒通量模式下（16L/m2h），跨膜压差（TMP）一直稳定在12.4-21.5kPa之间，实现了低TMP条件下的稳定运行。（2）通过A2O-MBR系统各阶段的污泥混合液采样，针对活性污泥性状、溶解性有机物（DOM）和胞外聚合物（EPS）含量和组成进行分析，研究了膜污染物质的沿程变化规律。溶解氧、氧化还原电位、污泥浓度（MLSS和MLVSS）、粘度等参数分析表明，厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池的生化条件良好；以EPS作为代表性的膜污染物质，发现其总量和组分（蛋白质和多糖）沿厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池均呈显著性下降的趋势，且随着运行时间的延长没有在膜池发生积累，表明A2O-MBR处理流程有抑制EPS大量进入膜池的作用。对DOM进行三维荧光光谱（EEM）分析，结果表明蛋白质具有可生化降解性，但容易被膜截留，其含量沿处理流程降低有利于膜污染控制；与此相比，腐植酸类物质生化降解性差，其含量沿处理流程基本不变，但容易通过膜孔，对膜污染的影响相对较小。（3）对膜池污泥混合液、DOM、EPS和泥饼层的性质进行了较全面的分析。比较了原水、污泥混合液和出水DOM的性质，结果表明DOM的三种重要组分具有不同的生物降解率和膜截留率，多糖的生物降解率低、膜截留率高，对膜污染的影响大于蛋白质和腐植酸。将膜池污泥混合液中的EPS细分为SEPS（溶解性）、LBEPS（松散结合型）和TBEPS（紧密结合型）三类，批式膜过滤试验结果表明LBEPS各组分的含量低但膜截留率均最高，比膜污染指数（SMFI）是SEPS的2倍、BEPS的17倍，同时LBEPS松散分布于污泥絮体的表面能够自由运动、分子量相对较小，容易导致膜孔污染和泥饼层孔隙率的降低。（4）通过膜面泥饼层污泥取样分析，并进行与膜池混合液污泥相比较的批式膜过滤试验，研究了膜面泥饼层的形成和膜污染物质积累的规律。结果表明：①泥饼层污泥的膜污染指数（MFI）是混合液污泥MFI值的3.3倍，两种污泥的过滤总阻力也相差3倍，但阻力增量的90%集中在泥饼层阻力（Rc）上，膜孔阻力（Rp）增幅不大，说明泥饼层污泥虽具有更强的膜污染趋势，但主要导致的泥饼层阻力（Rc）是比较容易恢复的；②与混合液污泥相比，泥饼层污泥的粒径增大，且MLVSS/MLSS比值降低，说明泥饼层内无机固体所占比例高，是以无机质为主的压缩体，因此由泥饼层密实构造产生的阻力增大；③与混合液污泥相比，泥饼层污泥中结合型胞外聚合物（BEPS）总量没有增多，但蛋白质与多糖在BEPS中的含量比（PN/PS）明显降低，说明BEPS在泥饼层中处于不断富集和被泥饼层内微生物利用的动态过程中，BEPS组分的变化对泥饼层阻力也产生了一定影响。④应用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）、能谱法（EDX）、扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等对膜污染物质和膜表面形态进行分析，发现污染物附着在膜表面形成不均匀的凝胶状。分析认为膜池混合液中存在的Fe、Mg、Al等金属离子会与膜面沉积的有机聚合物大分子（如蛋白质和多糖）之间发生络合反应，造成一定程度的金属离子富集，促进泥饼层的成长，增大泥饼层的密实度的和降低泥饼层的孔隙率，是导致泥饼层污泥过滤阻力增大的主要原因，而泥饼层对污染物的截留也起到了抑制膜孔污染的积极作用。（5）运用膜过滤阻力模型，将膜阻力分解为膜固有阻力Rm、EFM清洗可去除阻力Rr和不可去除阻力Rir，结合A2O-MBR系统长期运行过程的初期和末期典型EFM清洗实验数据进行模拟计算。结果表明，经过长达9个月的连续运行，每次EFM操作能有效去除Rr，并使Rir稳定保持在较低的水平。与运行初期相比较，运行末期一个EFM周期的TMP线性增长速率没有增大，均保持在0.01kPa/h左右，表明A2O-MBR污水处理系统具有良好的膜污染控制性能。