本论文是国家高科技研究与发展计划(863计划)“新型膜生物反应器的研制与应用”(课题编号：2002AA201220A)的组成部分。本论文在广泛和深入的文献调研和综述的基础上，研究了气升循环分体式膜生物反应器气含率、工作水头、循环流速、膜污染模拟数值模型等结构设计和膜污染防治的基础理论问题，建立了试验装置，进行了膜污染模拟数值模型的验证，研究了膜组件的结构优化、混合液改性、化学清洗等膜污染的控治设计和运行参数，在此研究的基础上，将实验室的理论研究及小试研究的结果应用于指导实际工程运行和控制，并以优化的设计运行参数的结果进行了工程的设计和技术经济评价。　　 其中曝气强度等操作参数和混合液的特性是影响气含率的主要因素，而结构参数中的挡板的溢流高度是影响系统循环效果的重要设计因素。系统在膜单元的经济曝气强度为16.7 m3/(m3·h)，生物单元曝气强度为5.6 m3/(m3·h).中间挡板的溢流高度为0.10m，污泥浓度为4～5g/L，膜组件恒流出水为7L/h，有机负荷为0，13～1.32 kg COD/(m3·d)条件下，当污泥龄小于60天，可以控制污泥中的EPS浓度稳定在26.855 mg-SCOD/g-SS，上清液中的SMP的浓度为55.472mgSCOD/L，有效的抑制混合液中微生物产物的累积而减缓膜污染。同时，系统实现了良好的循环，即循环效率约为90次/h，膜单元的污泥浓缩率约为0.1％。　　 利用污泥层阻力的累积理论公式Rc(f)=180(1-ε)2/(ds)2ε3·ft0X0(k1J-k2Um)/pd(t)，将膜通量、污泥浓度、膜面流速对污泥层阻力的影响有机的结合，较好地揭示了污泥层阻力的累积规律。同时，不仅试验确定了膜污染的控制技术包括混合液的性质改善、膜组件的结构优化、膜的在线化学清洗等对膜污染控制的影响机理，并且对此进行了运行操作参数的量化和优化。优化的膜组件(密度为1根/mm2、长度为600mm)在经济曝气强度1.7m3/(m2·h)，间歇操作10min启/2min闭的条件下，运行通量由厂家提供的设计通量5L/(m2·h)提高到22L/(m2·h)，并且在通量为20 L/(m2·h)的工况下实现了31天的稳定运行，远高于国内产品的设计通量值，并且处于国际上膜生物反应器应用的前列，使得膜组件的投资费用降低了75％。仅占总投资的6.0％。　　 根据理论研究及小试的研究结果，对气升循环分体式膜生物反应器工艺处理100m3/d的厕所污水回用工程进行了技术确定和经济分析。该处理系统占地面积为64m2，总投资37.0万元，工程建设吨水投资约为3700元/m3。系统的运行能耗为0.63 KWh/m3，运行费用为1.20元/m3。其能耗已经远远的低于传统的分体式膜生物反应器而接近一体式膜生物反应器。系统出水水质优于《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准要求。　　 气升循环分体式膜生物反应器在风景区和公共区的厕所污水回用方面的成功应用已经超过了10座，分布在我国的北京、上海等地。其将提高我国膜生物反应器产业在国际膜工业竞争中的技术和价格优势，促进我国膜技术研发的进步和发展。