针对膜生物反应器(MBR)运行过程中膜污染和运行能耗高的问题，本论文对中空纤维膜生物反应器中膜组件、反应器构型及曝气方式这几个方面进行了优化研究。　　 首先，论文对中空纤维膜组件过滤特征进行了分析，以实验的方式对膜污染不均匀发展过程进行了研究，通过对中空纤维在不同运行通量状态下局部污染的过程分析得出以下结论：中空纤维膜组件膜污染过程呈现不均匀性和阶段性。通过运用响应曲面，对建立的中空纤维膜组件特定条件下膜阻力动态数学模型分析发现，在次临界通量状态下，膜丝长度及运行时间均存在最佳值。在通量为16LMH时，此时膜丝长度及运行时间分别为0.43m、3.8h。而在临界和超临界状态下，膜阻力与运行时间及膜丝长度成正比。　　 其次，运用CFD对MBR曝气构型(“对齐”曝气，“间隔”曝气，“对齐”导流曝气和“间隔”导流曝气)进行了数值模拟，分析导流作用对曝气效果的影响，对曝气方式进行了优化。通过模拟分析得出以下结论：通过二维模拟发现，“间隔”曝气时各气水比的气含率均比“对齐”曝气时大，其膜丝的抖动和吹扫不如“对齐”曝气的效果好。当气水比为15:1时，反应器内气含率分布均较大，流场内的涡流均非常明显，整个场内形成了循环流动。通过三维模拟发现，“对齐”曝气和“对齐”导流曝气两种反应器构型流场内的气泡轨迹倾向于流向膜组件中心位置，然后在膜组件顶端散开；导流作用对反应器内气含率分布的影响不是很大，但对速度场分布特性影响显著；对体积缩小1000倍的对齐导流小型模型装置进行了实验验证，表明与实验结果基本相一致；通过对曝气方式的优化模拟发现，不均匀曝气方式改善了气体分布状况，提高了反应器内气含率和流场的湍流强度。　　 通过对中空纤维膜生物反应器中膜组件、反应器构型及曝气方式这几个方面的研究，本论文建立了特定条件下的膜阻力动态模型，得出了在特定条件下膜组件的最佳运行时间及最优尺寸；并从流体力学角度运用CFD对反应器构型及曝气方式进行了优化分析，并提出了曝气构型的优化方案。