在当前水环境污染日益严重、水资源日益紧张的情况的下,开发城市污水资源化技术,具有重要的现实意义。传统膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)将膜分离技术和活性污泥法有机结合,该工艺出水水质好、占地面积小,主要组成部分为膜组件及生物反应器。目前对于膜生物反应器的技术研究及应用已相当成熟。然而,膜污染严重,运行能耗较高,不仅给操作管理带来不便,更制约了膜生物反应器技术的推广应用。本论文针对传统MBR技术存在的问题,将生物膜法与膜分离技术相结合,在膜管外壁培养微生物,使得微生物可以直接与空气相接触,不但提高了氧气的传质速率,维持微生物的好氧环境,并免于生化曝气,并且降低了系统的运行能耗。将涡旋流技术应用于膜生物反应器,改变传统MBR依靠湍流流体减缓膜污染的方法,通过膜组件结构设计以及液流的脉冲扰动,使膜组件中流体在较低雷诺数下形成涡旋流态,强化污染物的传质效果,减缓膜污染,同时降低了系统运行能耗。制作了膜生物反应器实验装置和PIV(Particle Image Velocimetry,PIV)涡旋流测定试验装置,利用数值模拟分析技术,对膜生物反应器中涡旋流的形成过程及影响因素进行研究;采用涡旋流生物膜-膜生物反应器,对生活污水进行30d连续运行处理,考察了该技术污水处理效果及系统运行能耗。涡旋流形成过程的研究结果表明,采用膜管管径10mm、管长300mm的膜组件进行试验,调节进水加压设备,使进水脉冲频率为1Hz,当进水加压设备将进水水速增至0.5m/s时,雷诺数Re约650,在300mm长的膜管内形成了稳定涡旋,膜管内流体形成了较好的涡旋波流场;继续增大膜管内流体流速;当流速达到0.9m/s,此时雷诺数Re为1800,涡旋结构开始破坏。涡旋流生物膜-膜生物反应器采用膜孔径为48μm的膜管,利用装置进行30天的生活污水处理实验,系统出水CODCr平均值为38mg/L,NH3-N平均值为3.8mg/L,对CODCr和NH3-N去除率分别为91%和88%。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)水质标准要求。试验结果表明,涡旋流生物膜-膜生物反应器处理单位体积生活污水的平均能耗约为0.8-1.2k Wh/m3,处理单位重量CODCr能耗为2.0-2.7k W/h.kg COD。技术经济比较分析表明涡旋流MBR法系统运行能耗较传统的膜生物反应器降低约30%。