膜污染是影响浸没式中空纤维膜过滤系统长期运行稳定性的主要原因。同时，由于纤维膜及膜组件之间存在复杂的流体力学影响，膜组件设计及分布等不合理性会加剧膜污染、影响膜系统的运行效率和稳定性。因此，膜污染控制始终是压力驱动膜系统长期稳定运行需要解决的关键问题。本文提出开展中空纤维膜污染在线监测及过滤流体力学数学模型构建研究。其中，中空纤维膜污染监测（实验研究）将为膜污染控制、运行操作、组件设计优化等提供量化信息，而过滤流体力学数学模型将为膜污染控制提供理论基础。　　本文以超声时域反射技术和中空纤维膜点通量测试方法为实验手段，根据质量和动量守恒原理，建立基于完全质量和动力守恒的中空纤维膜过滤流体力学数学模型，搭建浸没式中空纤维膜污染特性和过滤行为的研究方法，探索操作条件和纤维膜尺寸结构等参数对膜过滤性能的影响规律，为纤维膜组件的优化设计提供理论依据。　　首先采用超声技术在线监测亚临界通量下浸没式中空纤维膜表面污染分布。实验采用5个10 MHz超声波探头均匀分布在膜壳外表面，所用单根聚醚砜中空纤维膜长1m，过滤液为5g/L酵母溶液，临界通量为14 L/m2·h。当曝气量为15ml/min，发现在亚临界通量(9 L/m2·h)下污染物会沉积在靠近出口处的膜表面。同时，观察到酵母颗粒在膜表面是从上到下逐渐沉积并达到平衡的沉积规律。此外，随着曝气量从15增加到45 ml/min，尽管污染物沉积速率会逐渐降低，但是并不能完全阻止污染物的沉积。膜丝长度从1缩短到0.6 m，发现也难以有效地控制膜污染。总之，临界通量作为控制膜污染的重要参数与膜丝长度和曝气量有着紧密的联系。　　采用超声技术进一步在线监测亚临界通量操作条件下双端出水浸没式中空纤维膜组件膜污染分布状况，并且考察了不同组件构型（竖直和水平放置）对膜污染行为影响（实验操作条件跟上述相同）。研究发现，在亚临界通量操作条件下，膜组件两端出口处膜表面依然存在污染沉积，并且污染沉积程度从两端到中间逐渐降低。同时，观测到酵母颗粒是从膜组件两端向中间并逐渐达到平衡。研究表明采用较低的膜操作通量能够更好地控制膜污染。此外，污染分布不均匀程度随着纤维长度的缩短而降低，但是短组件更容易遭受到膜污染。特别是对不同组件构型膜污染监测结果表明:竖直放置膜组件中，上端出口较下端出口更易遭受膜污染。而水平放置时，膜组件左右两端出口处污染程度较为相近。　　依据分割叠加原理，发明了一种新颖的浸没式中空纤维膜点通量测试方法，考察了操作通量、纤维长度和过滤方式（单端和双端出水）对点通量分布的影响。在相同操作条件下，发现双端膜组件点通量分布比单端膜组件更加均匀。对于双端膜组件，上端出口处点通量要高于下端出口处点通量。上下两端点通量差值即不均匀性随着操作通量和纤维长度的降低而降低。尤其是结合超声技术发现，膜表面污染行为和点通量分布规律有很好的对应关系。随着膜操作（污染）进行，点通量的重新分布是导致膜表面污染重构的主要原因。此外，该点通量测试方法实验重复相对误差范围在17.4％以内。　　最后，根据质量和动量守恒原理以及点通量实验数据，构建出基于完全质量和动力守恒的中空纤维膜过滤流体力学数学模型。数学模型结果发现，中空纤维膜在一定操作条件下具有一个有效工作长度。并且，点通量分布不均匀程度随着纤维膜长度和操作通量增加而增加，以及纤维膜内径减小而增加。根据纤维膜过滤数学模型结合压降和能量分析构建出在一定平均操作通量下，纤维膜内径、长度与产水效率之间的构效关系;并结合文献中实验数据验证了该模型的正确性，为中空纤维膜组件尺寸优化提供了理论依据。