膜生物反应器是将高效膜分离技术与活性污泥相结合的新型水处理技术，具有处理效率高、出水水质好、占地面积小、易实现自动控制、运行管理简单等优点。本文采用一体式膜生物反应器，用动态试验和理论分析相结合的方法，在低水温条件下处理城市生活污水和洗浴污水。主要研究了一体式膜生物反应器生物降解与膜截留协同作用净化机理，反应器对水中各种污染物的净化效果及其影响因素，膜污染控制机理，以及污染膜清洗再生方法。 试验采用两套平行运行的反应器，固定水力停留时间、气水比、控制基本相同的污泥浓度，相同的进水条件等环境因素，只采用不同的水温。根据活性污泥法基本动力学理论和本次试验数据，对一体式膜生物反应器动力学进行了研究，建立了一体式膜生物反应器处理低温城市生活污水、洗浴污水动力学模型和有机底质预测动力学模型。试验结果表明：温度降低，微生物降解能力减弱，而同时膜对有机物去除作用增强，从而保证了膜生物反应器系统去处率和出水效果的稳定性。进一步分析表明，温度降低时，膜对溶质的分离率提高，使得膜截留污染物的能力增强，据此提出了一体式膜生物反应器的低温自补偿作用机理，揭示了在低温条件下一体式膜生物反应器的净化规律。 本文通过试验，考察了膜生物反应器对生活污水、洗浴污水的处理效果，获得了满意的结果，各项指标均符合我国生活杂用水水质标准。试验中通过改变工艺运行参数考察各个参数对工艺运行稳定性及对处理效果的影响。试验结果表明，水力停留时间对膜出水的中COD和NH3-N值无甚影响，而对上清液中COD的影响较大。污泥浓度对上清液的影响大于对膜出水的影响。污泥浓度和水力停留时间对污染物去除效果存在交互影响。温度对于上清液的水质有较大影响，但是基本不影响膜出水的水质。温度的升高会使色度的去除率明显提高，但是低温下色度的去除效果不够理想，因为色度的去除主要依靠生物降解作用，而低温时生物降解作用减弱。曝气量对上清液和膜出水的影响不大。通过理论分析和实验研究，进而确定了膜生物反应器的主要设计参数：水力停留时间为4h左右；污泥浓度为2～3g/L；气水比为25：1～40：1。 针对膜组件易污染堵塞，影响膜通量的问题，本文做了大量的试验和理论分析，获得了一些有价值的结论。经过对膜污染机理的分析，提出了膜比阻力和膜比污染削减量两个新概念。膜比阻力用来描述膜透过性能的变化，膜比污染物削减量用来描述一体式膜生物反应器消减污染物的能力。同时提出了水量膜阻力增量和污染物膜阻力增量，用来描述一体式膜生物反应器净化污水效果与膜污染关系。 试验考察了投加粉末活性碳对膜污染的控制。发现投加粉末活性炭可使膜反应器内絮体的可压缩性降低，同时使微生物絮体中的胞外聚合物(EPS)减少，形成生物活性炭，并且可以改变膜表面的凝胶层结构，从而提高膜通量；而在膜通量不变的条件下，减缓膜阻力增长速度。试验结果表明，投加80～100目的粉末活性炭，对反应器膜污染速度有明显的减缓作用。 文中对三种恢复膜透过性能的方法(空曝气、水力清洗、化学清洗)进行了分析比较。结果表明化学清洗效果优于物理清洗效果。试验进行了不同清洗方法的组合研究，确定水力清洗+酸洗+碱洗+次氯酸钠溶液清洗为最佳清洗工艺组合。 污泥发生膨胀时，有机物去除效果变化不明显，但NH3-N去除效果明显降低，膜污染加剧，膜阻力加速上升，因此必须予以控制。本文用投加活性炭来控制污泥膨胀，发现在本试验条件下作用不是很明显，因而应进行进一步的试验探索，找到有效地控制措施。