微藻光生物反应器(PBR)具有脱除空气中CO2的能力，串接中空纤维膜组件构建成膜式光生物反应器(MPBR)，可改善藻液中气液传质效果，提供较大的气液接触界面，提高微藻脱除CO2的效率。本课题从膜组件管程、壳程和膜侧组分浓度分布情况，及光生物反应器构型、气液流速、混合传质和小球藻光合/呼吸速率等方面，探讨比较了膜式光生物反应器与普通光生物反应器脱除空气中CO2效果，建立了气升式柱型光生物反应器脱除CO2的数学模型，并结合膜组件管程、壳程和膜侧组分浓度分布方程，构建了整套膜式光生物反应器的模型研究，模拟比较了直接鼓泡和膜组件供气两种不同方式下，藻液中pH、溶氧浓度(DO)随时间的变化情况，及进气CO2浓度影响，预测并验证了光照条件下出气CO2、O2浓度的变化趋势。模型还预测比较了相同实验操作条件下，膜式光生物反应器和普通光生物反应器一周内藻液中pH、DO随时间的变化趋势。 模型模拟预测结果和实验数据基本吻合，结果表明膜式光生物反应器和普通PBR藻液中pH、DO随光暗时间交替呈周期性振荡变化，光照条件下CO2浓度有所下降，O2浓度有所增加：普通PBR中，0.23％进气CO2浓度下，小球藻脱除CO2效率较高，出气CO2浓度降低到0.025％左右达到平衡，但进气CO2浓度提高到0.5％，光照条件下出气CO2浓度只稍微有所下降，降低到0.35％左右达到平衡，且DO累积严重，小球藻固定CO2效率明显降低；膜式光生物反应器藻液中DO浓度明显低于普通光生物反应器藻液中DO浓度，0.5％CO2进气浓度下，光照条件出气CO2浓度降低到0.02％左右达到平衡，已低于大气中CO2标准浓度，完全可以满足密闭空间乘载人员呼吸所需。 可见MPBR脱除CO2效果明显优于普通PBR脱除CO2效果，膜组件供气方式下，改善了气液传质效果，提供了较大的气液接触界面，降低了藻液中DO浓度，有利于小球藻生长，加强了小球藻光合作用，提高小球藻脱除空气中CO2的效率。所提出的模型对膜式光生物反应器的优化设计、微藻的高密度培养，及CO2去除能力预测具有参考意义。