膜生物反应器(MBR,membrane bioreactor)是将膜分离技术与生物处理工艺进行了有机结合的一种高效、实用的污水回用技术,凭借其优越的出水水质、较小的占地面积和较低的污泥产量等优势,逐渐受到人们的青睐。膜过滤过程中的膜污染是MBR技术所面临的重大挑战,引发膜过滤性能下降、运行能耗增加和膜组件寿命缩短等一系列问题。本研究针对膜污染问题,研究了膜污染在不同阶段的特性,建立数学模型定量描述其污染发展行为,并探究了污染物性质对膜污染全过程的影响。在膜污染初期阶段,本研究着眼于吸附污染行为,试验观测并证实中空纤维膜吸附污染存在沿膜丝不均匀分布的特性,采用不同长度的膜组件论证了动态吸附模型的适用性并获取吸附平衡常数及速率常数,证明了无量纲几何因子λl是影响吸附污染分布的不均匀性的重要因素。研究建议在中空纤维膜组件的设计中保持λl<1,以确保中空纤维膜丝在通量和污染上的均匀分布。针对凝胶层污染,本研究主要考察污染层受压时的压缩性对污染行为的影响。试验结果表明污染物存在的压缩性使得凝胶层的孔隙率减小,引起膜过滤过程中过滤比阻与过滤压力呈现线性正相关关系。并以其线性关系和污染层压缩理论为基础,建立了凝胶层污染发展的数学模型,描述恒通量模式下凝胶层阶段跨膜压差的增长曲线。最后在膜污染发展全过程中,进行了污染物性质与膜污染之间的相关关系分析。探讨了疏水层析分离方法对分离所得亲疏水组分的化学成分和荧光特性的影响。对MBR膜池混合液的溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)进行分离并表征,考察了膜污染特性与亲疏水性之间的关系,同时兼顾光谱学性质、分子量以及官能团特性的共同影响。结果表明,亲水物(hydrophilic substances,HIS)贡献了膜污染的大部分阻力,HIS中腐殖酸类物质的荧光指数FI和Peak T/C与膜污染显著相关。蛋白、腐殖质类疏水类物质以及分子量大的组分更易使膜污染加剧。此外,羧基是SMP中钙镁离子的主要络合基团,在膜污染的凝胶层阶段,羧基浓度高的SMP更易与通过络合作用形成凝胶层,从而加剧膜污染。