膜生物反应器（MBR,Membrane bioreactor）以其稳定优质的出水、较小的占地面积等优势,在众多水处理工艺中脱颖而出,逐渐受到人们的关注与青睐。然而,由于膜池能耗过高的问题,在一定程度上限制了MBR技术的发展和推广应用。本研究在监测MBR实际工程的宏观混合特性的基础上,从水力学角度,利用计算流体力学（CFD,Computational fluid dynamics）技术,对曝气过程中的MBR膜池内流态特征进行模拟,并从膜池构型、尺寸以及膜组器在膜池中的布置等方面对膜池内水力学特征进行优化,从而达到提高曝气效率和降低运行能耗的目的。首先以实际MBR工程为研究对象,通过示踪试验发现完整工艺反应池中8.02%的容积未得到有效利用,同时发现膜池与完全混合状态仍有一定差距,其水力学条件有待改善。其次,建立了MBR运行过程中的CFD模型,并搭建了小试MBR装置,通过对比试验测得的流速与CFD模拟数据,发现模拟数据与实测数据仅存在1.4%的平均相对误差,证明了所建立模型的可靠性。利用经验证的CFD模型,以小试规模MBR为研究对象,对挡板位置、挡板尺寸以及膜池尺寸进行优化。优化的挡板（四面挡板,顶部空间5%,底部空间20%）在不同曝气条件下能将膜表面平均剪切力提升10%³0%。在优化反应器尺寸的过程中发现,无挡板小试MBR额外增加降流区后,膜表面平均剪切力被提升74%。经优化后的反应器在不同曝气条件下可将膜表面平均剪切力提高21.3%⁹4.1%。针对实际MBR工程,建立了CFD耦合模型,提出“参考流速”的概念(v_0.05)用于评估膜污染潜势。从水平面-膜组器距离i_Lu、膜组器-曝气管距离i_La、曝气管-膜池底距离i_Lb、膜组器-膜池壁距离i_Lw、膜组器-膜组器i_Lint距离等五方面布置参数,考察了各自对膜组器内参考流速的独立影响。并提出优化布置方案(i_Lu=0.6,i _La=0.6,i_Lb=0.6,i_Lw=0.6,i_Lint=0.6),使原始MBR的参考流速提高了146.9%,消除了原始MBR中膜组器内的低速区域。