膜污染问题是膜生物反应器（MBR）广泛应用过程中的主要障碍。基于滤饼过滤是MBR污染的主要表现形式,那么探究MBR污染过程中的滤饼形成以及水洗过程中的滤饼脱除的机理,并建立相应的数学模型,对于深入了解MBR的运行过程具有重要的指导意义。本论文主要取得了以下研究成果:1)在以三种不同碳氮比（C/N）的污泥悬浮液为进料液进行恒压死端过滤的实验中,通过分析污染前期（初期+伪稳期）的通量变化情况,并结合3D光学数码显微镜对滤饼饼层的断面结构进行观察后发现:在MBR过滤初期,粒径较大的污泥絮体对通量变化影响较大;而到了伪稳期,则是粒径较小的胶体颗粒起主导作用。基于所形成滤饼的分层结构,提出了MBR污染前期滤饼的形成机理——胶体颗粒穿过污泥絮体在膜表面沉积的的复合动力学机理。并且,根据累积滤液体积随过滤时间的变化关系,建立了相应的分段函数,此数学模型可以准确地预测实验数据。另外,该模型具有广泛的适用性,能准确预测其它人工合成污泥悬浮液,高岭土悬浮液以及真实污水的实验数据。2)在以三种不同浓度的污泥悬浮液进行恒压死端过滤,再由三种不同流速的水溶液对所形成的滤饼进行水洗的实验中,通过测定不同水洗时间点洗去液的zeta电位,粒径大小以及烘干之后的接触角,利用XDLVO理论计算污染颗粒与接触平面的相互作用能后发现:水洗过程的本质是在切应力的作用下不断拉大污染颗粒与平面之间分离距离的过程。同时,基于能耗随水洗时间的变化关系,建立了一级动力学模型。此模型能较好地预测水洗过程中能耗的变化状况,并在以真实污水作进料液时同样适用。这些发现对于深入了解MBR中的水洗过程提供了新的思路。3)在单级水力阻力模型与多级水力阻力模型预测水洗过程中水力阻力的变化情况时发现,多级模型较单级模型预测准确程度更高,尤其多级模型M₂₊₁（2级与1级组合模型）的预测准确程度最高。同时,对其模型参数优化处理后发现,回归模型(M_2+1,REG)具有更好的适用性。4)在以三种不同的过滤-反洗模式（（5分钟过滤/20秒反洗,模式1）,（6分钟过滤/20秒反洗,模式2）和（8分钟过滤/30秒反洗,模式3））对三种污泥悬浮液进行了多次恒压循环过滤实验后发现:与其他两种反洗模式相比,高频短反洗模式（模式1）的整体污染趋势较缓,并具有较强的水力清洗效率（HCE）以及较低的水力不可逆污染指数（HIFI）;相反地,低频长反洗模式（模式3）因其反洗时间较长,其反洗效益较低,能耗也较高。