膜生物反应器(MBR)是近年来废水处理研究与应用的热点之一，由于膜的高效分离作用，MBR生物固体平均停留时间长，难降解有机物分解菌在反应器内形成优势菌种，因而在难降解废水处理具有一定应用潜力。本文采用浸没式MBR处理合成有毒难降解废水，重点研究了MBR工艺处理该废水的降解效能及膜污染机理，以实现其工程应用。 首先，采用自制的PVDF MF膜组件，考察了不同工艺条件下浸没式MBR对有毒难降解废水处理效果的影响，确定了MBR处理该废水的最佳工艺参数：水力停留时间(HRT)为24h，污泥停留时间(SRT)为80天，总有机碳(TOC)容积负荷极限为0.89Kg·TOC/m3·d，并观察了膜长期运行特性。 其次，基于膜两侧压差(TMP)非线性增长、临界通量及膜过滤活性污泥阻力、比阻、压缩性指数测定，考察了MBR膜污染行为及可压缩性污泥过滤特性，基于四种古典过滤定律及新近提出的局部孔堵模型揭示了MBR膜污染的污染进程是初始的孔堵过渡至持续的沉积层过滤的动态过程，初始的孔堵过程主要遵循中间及局部孔堵模型机理。基于此提出了新的膜污染评价参数—特征污染过渡时间(CFT)，并应用沉积层控制的膜污染模型良好地预测了沉积层发展过程，提出了膜沉积层三段发展过程理论。 再次，基于膜污染理论，考察了不同工艺参数条件(HRT、SRT、溶解氧(DO)、膜特性、有机物微生物比(F/M))对膜污染的影响，详细剖析了不同参数对膜污染影响的原因，提出了可持续通量操作概念，并发现膜通量与膜可持续操作时间呈良好的线性关系。 此外，采用白腐菌和膜生物反应器有效结合，初步探讨了此联合工艺强化处理废水的可行性，考察了其生物强化效果及膜过滤特性。强化MBR在优化工艺条件下，T=25℃，pH=6.5，HRT=10h，DO=4，菌种采用粒状活性炭(GAC)负载形式，进水TOC容积负荷从0.96Kg/m3.day增至2.4K/m3.day，强化MBR比传统MBR处理废水效果更佳(TOC平均去除超过90％)，且在研究范围内负荷越高强化处理效果越显著，膜污染速率及不可逆内部膜污染阻力均比CMBR有所降低，表明其在改善膜污染方面亦具一定优势。 最后，通过膜改性及膜清洗方案的优化以实现对MBR的膜污染控制及预防，首先基于膜沉积层理论，通过对膜表面TiO2动态改性的方法，将此动态膜应用于MBR废水处理系统，结果表明与原膜相比，动态改性后膜抗污染能力强，且清洗后通量恢复能力强(膜通量恢复能力为95％以上)；此外，针对本MBR系统提出了优化的膜清洗方案： 即最优化物理返洗周期为14min，化学清洗宜采用浸泡-空曝气-超声波-次氯酸钠碱洗的化学清洗方案，可实现膜清洗效率高达98％。