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。