膜生物反应器（MBR）以膜分离装置取代传统的二沉池，具有高效的固液分离效果，受到国内外学者的普遍关注。但膜污染问题仍然制约着MBR的广泛应用，膜污染机理及膜污染控制方法仍是膜技术领域的研究热点。本文针对目前关于膜污染研究存在的关键问题，探讨了胞外聚合物（EPS）的静态吸附机理，解析了溶解性微生物产物（SMP）及生物大分子（BMM）在膜过滤过程中发生的堵塞机理，考察了膜对SMP和BMM的截留情况，提出了污泥稳定性和聚集性两个识别污泥絮体污染倾向的综合指标，构建了微生物燃料电池与膜生物反应器耦合系统（MFC-MBR），并解析其膜污染减缓机理。利用静态吸附的方法分析了膜污染初期的吸附污染，通过热力学途径确定了膜对EPS的吸附机理。结果表明，Sips等温线最适合描述膜对EPS多糖和蛋白质的吸附；通过热力学计算得到膜吸附过程的rG值在-10至-17kJ mol（-1）之间， rH值在10至30kJ mol^-1之间。说明膜对EPS多糖和蛋白质的吸附是热力学可行且自然吸热的过程，EPS多糖和蛋白质与膜之间的相互作用主要是物理吸附，温度的升高可以提供更多的能量来强化吸附。利用多级Hermia模型研究了膜污染初期的过滤污染，分析了SMP及BMM不同时间段内主导的膜堵塞机理，确定了不同堵塞机理主导时段通量衰减的情况。结果表明，SMP过滤阻力的平均增长速率随时间增加，而BMM过滤阻力的平均增长速率随时间减少。对于SMP，主要顺次发生中间堵塞、标准堵塞及完全堵塞；而对于BMM，顺次发生了中间堵塞及滤饼过滤。不同堵塞机理所对应的时间及通量衰减百分比表明，膜孔堵塞是造成通量下降的主要原因。考察了不同SRT下MBR的膜污染情况及污泥性质，分析了基于修正的粘附-侵蚀模型的污泥絮体剪切稳定性，提出采用污泥絮体稳定性作为评价污泥性质和污染潜力的综合指标。结果表明，具有较差的沉降性、较高的疏水性、较高EPS含量、较多的丝状菌及更多初级粒子的低SRT（15d）污泥絮体容易形成致密无孔的污染层，导致严重的膜污染；低SRT（15d）污泥絮体具有较高的剪切敏感值，即更差的污泥稳定性。分析了MBR混合液及滤饼层污泥性质，解析了基于扩展DLVO理论的混合液及滤饼层污泥聚集性，提出采用污泥聚集性作为一个综合指标反应污泥的膜污染趋势。结果表明，滤饼层污泥具有较高的SMP、胶体及LB-EPS含量、较多小于100μm的絮体、较高DSI、更疏水的表面以及更负的zeta电势。同时，污泥细胞间相互作用能曲线表明，滤饼层污泥具有较高的初级能量最大值和较浅的二级能量最小值，意味着滤饼层污泥具有较差的聚集性。本研究基于污泥改性构建了低污染、低能耗的新型MFC-MBR耦合系统。结果表明，新型MFC-MBR耦合系统系统同时具有废水处理、污泥减量、电能回收及污染抑制的效果。耦合系统MBR的操作周期大约是传统MBR操作周期的两倍。对膜污染减缓机理分析可知，耦合系统MBR中污泥性质得到改善，表现出更好的过滤性和脱水性。与传统MBR相比，耦合系统MBR中LB-EPS的浓度从16.14mg·gSS^-1降低到12.56mg·gSS^-1，且LB-EPS中简单芳香蛋白和色氨酸蛋白类物质分别减少了10%和8%。