膜污染是膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)运行过程中不可避免的现象，也是影响运行效率的主要因素。过去对于MBR中膜污染的研究主要包括膜的结构性质（孔隙率、亲水性、粗糙度等）、运行条件（曝气强度、膜通量等）和微生物特性（污泥质量浓度、胞外聚合物、溶解性物质等）。在中空纤维膜组件的特性研究中，多集中于整个膜组件的装填密度对膜污染的影响。而在组件中单根膜丝的污染情况、通量贡献却缺乏深入研究。因此，本课题以中空纤维膜组件中每根膜丝为研究对象，将试验和计算模拟相结合，考察运行过程中不同位置膜丝之间的相互影响，膜丝在反应器中不同高度的污染分布情况等，从微观角度细化分析中空纤维膜组件中膜污染形成过程，以期进一步丰富MBR膜污染形成的相关基础理论内容，优化工艺设计参数。
　　本课题以聚四氟乙烯制中空纤维膜MBR为研究对象，自行设计开发了3×3形式的膜丝组件，制成小型MBR试验装置，主要考察了膜丝间距、膜丝直径以及水力条件的改变对组件中不同位置膜丝的污染影响。同时，借助计算流体力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）模拟和电镜图像分析研究了每根膜丝的膜污染机理。本研究主要内容和结论包括：
　　（1）膜丝间距对单根膜丝污染的影响研究。选择膜间距为1 mm或5mm的条件，改变跨膜压差和曝气强度等水力条件，研究不同位置膜丝的污染情况。结果表明，在1mm膜间距下，由于间距小于膜丝直径，膜丝间的“渗透竞争”作用明显，中心位置膜丝受到周围角膜丝和边膜丝的影响，出水通量最小，而同时又由于“束阻力”的存在，膜面流速最小，中心膜丝污染程度远大于角膜丝和边膜丝，对于出水总量的贡献率为角膜丝＞边膜丝＞中心膜丝。在5mm膜间距下，各膜丝相距远且互不影响，不存在明显“渗透竞争”与“束阻力”，每根膜丝表现出相互独立的运行，通量贡献率基本相似。在相同的跨膜压差和曝气强度下，1mm膜间距下的膜污染程度比5mm膜间距的严重，膜表面颗粒物沉积量较大。在相同的膜间距下，跨膜压差的改变相对于曝气强度的改变对膜污染的影响较小。
　　(2) 膜丝直径对单根膜丝污染的影响研究。分别选择了同一企业生产的直径为2mm和3mm的二种聚四氟乙烯中空纤维膜，改变跨膜压差和曝气强度等水力条件，考察膜直径对膜通量的影响和膜污染特征。结果表明，增加膜直径的同时，膜丝之间的流道面积增大，初始通量大大提高。同时膜面与气泡的直接接触面积增大，可以提供稳定的膜面冲刷作用。但直径越大，渗透作用影响范围更大，污染情况相对应增加，膜表面颗粒物沉积量较大，随时间变化出水量比小直径膜丝并没有突出的优势。试验表明改变曝气条件对于角膜丝和边膜丝的通量改善特别明显。
　　（3）不同膜丝高度的膜污染分布研究。结合膜表面颗粒物沉积的电镜扫描和采用CFD中的FLUENT软件进行计算模拟膜面污泥沉积分布，得到反应器内同一根膜丝不同高度的污染分布情况。结果表明，1mm膜丝间距的不同位置，在不同高度上的渗透率分布并不均匀。由于底部较高的颗粒物浓度和上端较高的抽吸压力，导致膜丝的两端颗粒物沉积较为致密，而中段考虑到较好的水力条件等因素，膜污染相对较轻。而5mm间距下，由于三相混合较好，有利于冲刷，整根膜丝上下污染分布较均匀，不存在两头高，中间低的现象。说明膜间距是影响膜传质特性的关键因素。
　　综上所述，MBR中空纤维膜组件中，当膜丝间距小于膜直径时，由于膜丝间的渗透竞争和膜组件的束阻力，不同位置的膜丝污染情况不同，中间位置的膜丝污染严重，对通量的贡献率低。同一膜丝的上下两端膜污染严重，中间段污泥沉积较少。当膜丝间距远大于膜直径时，每根膜丝能发挥独立的过滤作用。考虑出水水量和组件膜面积要求，膜组件中膜丝间距与膜丝直径相等时，膜污染最小，膜丝的运行效果最好。