膜生物反应器(membrane bioreactor，MBR)是生物处理技术与膜分离技术的有机结合，目前的研究或应用不仅涉及到城市生活污水、工业废水、垃圾渗滤液等领域，在微污染水源饮用水处理领域，国内外也开展了一些相关工作。本文主要研究了悬浮和附着两种膜生物反应器及其组合工艺对人工配水和长江原水的处理效果、运行和微生物生态学特征。 配水实验的研究结果表明，生物去除和膜去除这两种去除途径，对污染物的去除都有重要贡献，可生物降解(利用)物质由生化作用去除，不可生物降解(利用)部分物质由膜截留去除，形成了生物处理单元有效地减轻了膜分离单元的负荷，而膜分离单元又有效地保证了出水水质的互补关系。曝气量大小对污染物去除途径产生影响，当曝气量增大时，生物去除的贡献比例增大，这是因为大曝气量能增加水力湍流程度，并提供更多的DO，有利于污染物的生物降解，但是当曝气量过高时这种作用就相对减弱。两种生长型MBR膜污染都不可避免，在膜生物反应器开始运行阶段悬浮MBR比附着MBR的膜污染更迅速，但稳定运行后膜过滤性能与后者相当。 以长江原水为进水时重点考察了膜生物反应器组合工艺的污染物处理效果以及MBR内部的微生物特性。研究发现四类MBR工艺流程能持续运行处理长江原水，同一类流程中的悬浮和附着两种生长型MBR流程对常规污染物的去除效果相近，附着生长型MBR表现稍强。不同类工艺流程之间对比表明，MBR独立处理(工艺流程1)长江原水的污染去除效果比较差，与混凝沉淀单元相结合的组合工艺流程(工艺流程2)对浊度、UV254、CODMn和溶解性正磷酸盐去除效果相对较好，但混凝剂有可能加剧膜污染，并对某些污染的去除效果产生一定影响。以流程2为例，两种生长型MBR流程对苯和三氯乙烯这类可挥发的有机毒物去除效果很好，因为MBR内部曝气强烈，为吹脱提供了良好条件，不过这也会导致二次污染问题的产生。两种MBR工艺的对消毒副产物前驱体的去除能力无明显差别，但悬浮生长型MBR稍弱。生物量和生物活性分析发现，附着生长型MBR的微生物形态实际上演变为以悬浮生物为主，附着生物为辅的微生物形态，这种复合生物形态可能有利于提高反应器的总生物活性。PLFA分析进一步表明，附着MBR的总生物活性高可能与其内的物种丰富度高及革兰氏阴性菌的所占比例更高有关。两种生长型膜生物反应器内的胞外多聚物主要成分为悬浮形态的多糖，蛋白质含量很低，EPS与膜污染之间未表现出必然联系。电镜观察和实测数据显示，针对长江原水，微滤级的一体式MBR实际运行中的出水浊度可能很难达到理想的水平。 为便于比较，本文选取具有代表性的流程2中的悬浮MBR工艺与国内广泛应用的常规处理工艺，国外的主流深度处理工艺作了初步比较分析。通过对比发现，MBR工艺对浊度、UV254和CODMn、的去除率与常规处理工艺基本相当，弱于O3-BAC工艺。MBR工艺对氨氮去除率稍低于O3-BAC工艺，对挥发性有机毒物的去除效果却好于后者，常规工艺去除这两种污染物的能力很弱。O3-BAC工艺出水加氯后消毒副产物生成量最少，仅为MBR工艺和常规工艺的70％，这说明O3-BAC工艺在减少加氯后消毒副产物的生成方面优势明显，同时也表明仅仅依靠MBR工艺的生物降解能力大幅减少消毒副产物生成的可行性不高。