水资源的短缺和水污染增加了有效用水的难度，使传统的水处理技术面临巨大的挑战。包括超滤(UF)和微滤(MF)在内的低压膜过滤技术被认为是当今最有效的水处理技术之一。定期的水力反洗是UF/MF膜日常操作的必备条件。但当今研究的重点都集中在膜污染和其他清洗手段上，关于反洗过程优化的研究十分稀少。本文以中空纤维膜为例，以膜组件优化为前提分别研究了水处理过程中气体、液体及固体对反洗效果的影响及其机理。
　　首先，本文研究了反洗溶液的选择透过性对反洗效果的影响。首次采用激光双射传感技术(LBS)实时监测中空纤维腔内反洗溶液的位置，进而评估中空纤维膜系统反洗的有效性。LBS监测结果表明，有限的反洗长度可以归因于反洗溶液的轴向流量，轴向流量的大小直接关系到沿纤维方向的驱动力。受反洗过程中瞬时压力跳跃的启发，开发了间歇式反洗模式。同时，对原实验装置进行了升级以提供更精确的监测。结果表明，间歇式反洗可以延长有效反洗的长度，其效果要优于连续式反洗。
　　其次，本文还重点研究了气体释放在中空纤维反洗系统中的影响。引进了超声时域反射技术和AGU-Vallen小波软件。模拟与超声验证结果表明，空气在纤维最远端的累积包括了从过滤到反洗瞬时高压下空气的释放及反洗内压条件下空气在水中的溶解两个过程。此外，较长的纤维更容易出现空气的累积。为了克服空气释放的影响及保持反洗效果，对装置进行了改进，在中空纤维末端添加了一段气体分离膜，最终延长了有效反洗长度，提高了反洗效率。
　　最后，本文还研究了反洗过程中滞后效应对反洗效果的影响。滞后效应的定义是反洗过程中跨膜压差(TMP)与通量的不同步变化。引进了数码显微技术和超声时域反射技术。通过监测得知，滞后效应分为两种，膜自身的滞后和污染层滞后。其中，膜自身阻力造成的滞后可以通过预处理来克服。此外，引进了滞后评估指数“τbw”来量化跨膜压差(TMP)随时间的变化。在模型推导中，污染程度和膜长度是影响滞后效应的两个关键参数，并且影响是交互的。模拟与实验的结果表明，污染越严重，反洗需要的时间和能耗越大。反洗过程中，一旦反洗流量不能提供足够的动力给较长的膜纤维，污染程度将会成为影响滞后的决定因素。对于较长的膜，不必刻意延长反洗时间，只需克服污染层阻力便可。