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膜生物反应器(MBR)将生物技术与膜分离技术有机结合，具有占地小、出水水质好、容积负荷高、污泥产率低等优点。但膜污染问题制约了MBR进一步发展和广泛应用。生物固体平均停留时间(污泥龄，SRT)被认为是影响MBR性能和膜污染的重要运行参数，以往的研究对MBR以长SRT或短SRT运行有着不同的建议。本论文对不同SRT条件下MBR的运行状况进行了长期观测，研究SRT对污泥特征、微生物学特性及膜污染的影响，以期为MBR的运行优化提供科学依据。
建立了三套实验室规模的MBR装置，并分别以SRT为10天、40天和不排泥三种工况同步连续运行480天。对比三套MBR的运行效果，COD和NH4+-N去除率都能达到90％，不同的SRT对COD的去除率无显著影响，但对NH4+-N的去除，长SRT优于短SRT，特别是长SRT具有更强的适应进水高NH4-N浓度和抗冲击负荷的能力。
观测和比较了三套MBR装置内污泥特性，随着SRT的增加，污泥浓度明显增加，但VSS/SS值和污泥产率均呈现逐渐降低的趋势。MBR中污泥粒径和污泥粘度的变化均有一定的规律性，随着MBR连续运行时间的延长，各MBR中污泥粒径逐渐减小，在250天之后趋于稳定；污泥粘度则随着连续运行时间的延长而增大，并在100天之后趋于稳定。而SRT对污泥粒径和污泥粘度的影响则是：随着SRT的增加，污泥平均粒径减小，污泥粘度降低。
运用分子生物学方法对三套MBR装置内的微生物特性进行了检测，随着SRT的增加，MBR中的污泥浓度增加，相应的污泥负荷和比耗氧速率逐渐下降，导致活菌在总细菌中的比例下降。由于长SRT条件下污泥浓度增加，所以MBR对污染物的处理效果未受明显影响。而MPN计数结果表明，MBR内硝化菌的数量随着SRT的延长而增加，因此抗氨氮冲击负荷的能力变强。FISH监测表明，氨氧化菌群落在小粒径污泥中具有较高的比例，因此该污泥的比硝化速率也更快。
微生物胞外聚合物(EPS)是微生物新陈代谢和细胞自溶的产物，主要组分为多糖和蛋白。EPS又分为溶解性EPS和结合性EPS。研究结果表明，无论溶解性EPS还是结合性EPS，在MBR中的浓度均随SRT的增加而降低，其原因可能是随着SRT的增加，污泥负荷下降，微生物的营养条件恶化，微生物利用EPS的能力增强所致。溶解性EPS和污泥絮体结合性EPS的蛋白含量始终多于多糖，这可能与细胞破裂释放的蛋白有关，长SRT的蛋白释放现象更明显。而膜表面附着污泥中结合性EPS的多糖含量高于蛋白含量，表明膜表面对多糖有更强的吸附作用，而蛋白质更容易随水流出。
EPS对膜污染有显著的影响，EPS浓度越高，膜阻力越大。长期运行条件下，膜污染的过程可以分为两个阶段，第一阶段是过膜压力(TMP)慢速上升的过程，主要由于EPS在膜表面的累积造成；第二阶段是TMP突然上升，主要是污泥颗粒大量积累在膜表面所致。要减缓膜污染的速率，就要尽可能地延长膜污染的第一阶段。随着SRT的增大，EPS降低，膜污染的速率减缓。对比试验结果表明，在不排泥条件下膜污染速率最慢。此外，通过投加絮凝剂等方法，可增大污泥粒径，减少溶解性EPS的浓度，增大膜的临界通量，从而减缓了膜污染的速率。