提高水体中溶解氧（dissolved oxygen,DO）的含量是治理城市黑臭水体的关键之一。目前常见的曝气增氧技术有机械曝气、微孔曝气、射流曝气、微纳米曝气、膜曝气生物膜反应器（membrane aeration biofilm reactor,MABR）技术等,其中前四种为传统的发泡式曝气技术,MABR技术为无泡曝气技术。MABR技术在氧转移效率方面,较其他传统的发泡式曝气技术要高,但是MABR技术在保证高氧转移效率的同时,其低压无泡的曝气特点也使得被曝气水体中的DO分布不均从而影响黑臭水体处理效果,特别是在水体流速近乎为零的城市黑臭水体治理中。而传统的发泡式曝气技术,虽然在氧转移效率上不如MABR技术高,但由于其在曝气过程中产生了大量的气泡,气泡诱发水体紊动,对水体起到搅动扩散作用,所以可使水体DO均匀分布。因此,需要开发一种既具有高氧转移效率又可使水体DO均匀分布的技术。本文的主要研究内容和结论如下:（1）针对MABR技术与传统发泡式曝气技术各自的优缺点,对MABR技术进行了改进,提出了气泡式MABR技术。在MABR的中空纤维膜组件中设置可制造气泡的特殊中空纤维膜丝,气泡在水中运动形成的气泡羽流具有搅拌作用,可使气泡式MABR技术在保持高氧转移效率的同时提高其增氧均匀性,从而提高黑臭水体处理效果。（2）在有效容积为4 m×1 m×2 m（长×宽×高）=8 m³的试验装置中,通过模拟试验分析了气泡式MABR技术在模拟黑臭水体中的增氧均匀性以及不同曝气压力、不同水深、不同膜组件间距对增氧效果的影响。结果显示:1)曝气增氧效果方面,曝气压力对气泡式MABR技术的增氧效果影响最为显著,膜组件间距与水深影响微弱。0 kPa、10 kPa、20 kPa和30 kPa曝气压力下24 h内河水DO饱和率平均值分别为11.5%、25.1%、18.1%、43.6%;1.0 m、1.5 m、2.0 m水深下,24 h内河水DO饱和率平均值分别为42.01%、44.53%、43.57%;3.0 m、2.0 m、1.0 m膜组件间距下,河水24 h内DO饱和率平均值分别为40.9%、45.7%、43.6%。2)曝气均匀性方面,随曝气压力的增大,气泡式MABR技术沿水平和垂直方向的影响范围增大,均匀性也随之变好。与未曝气（0 kPa）试验相比（水平与垂直试验中河水DO饱和率的方差均值分别为1.7和13.5）,10、20和30 kPa下,河水DO饱和率的方差均值在增氧水平试验中为0.3、3.9和0.4,在增氧垂直试验中为9.8、18.4和3.4。气泡式MABR技术在30 kPa的曝气压力下运行可使DO沿水平与垂直方向2 m范围均匀分布。气泡式MABR技术对黑臭水体的增氧效果明显并使水体DO分布均匀。（3）在有效容积为4 m×1 m×2 m（长×宽×高）=8 m³的试验装置中,通过模拟试验分析了气泡式MABR技术在模拟黑臭水体中,在不同曝气压力、不同水深、不同膜组件间距、不同流速下的提质效果。结果显示:1)曝气压力与流速对氨氮（NH₄⁺-N）的降解影响最大,其次为膜组件间距,水深对其影响最小;在10 kPa³0 kPa的曝气压力范围内,NH₄⁺-N的降解率随曝气压力的增加而增加,10、20、30 kPa下,NH₄⁺-N的降解率分别为0.005 h^-1、0.015 h^-1、0.030h^-1;在0.5 m/h².0 m/h的流速范围内,NH₄⁺-N的降解率随流速的增大而增大,0 m/h、0.5 m/h、1.0 m/h、2.0 m/h流速下,NH₄⁺-N降解率分别为0.058 h^-1、0.060h^-1、0.081 h^-1、0.102 h^-1;1.0 m、1.5 m、2.0 m水深下,NH₄⁺-N浓度降解率分别为0.037 h^-1、0.039 h^-1、0.030 h^-1;1.0 m、2.0 m、3.0 m间距下,NH₄⁺-N的降解率分别为0.053 h^-1、0.058 h^-1、0.030 h^-1,从节约成本角度考虑,去除NH₄⁺-N的最佳膜组件间距为2 m。2)各个曝气工况下,硝氮（NO₃^--N）浓度均有不同程度的升高;总氮（TN）24 h内的最大减少量为1.7 mg/L,COD最大去除率为78.20%,总磷（TP）的浓度几乎没有变化。3)曝气好氧-静置厌氧工艺条件下反硝化运行结果显示,DO、NO₃^--N、TN、COD的浓度均明显下降,后三者的降解率分别为0.048 h^-1、0.006 h^-1、0.015 h^-1;NH₄⁺-N浓度也有一定的下降,降解率为0.005 h^-1,在试验过程中发生了同步硝化反硝化。气泡式MABR技术表现出了良好的碳和氮去除效果。（4）根据以上试验结果,建立了适用原位河道的设计优化模型,并以天津大学北洋园校区内环河为实例,设计了气泡式MABR技术在内环河的布置方案和运行操作,模型采用遗传算法求解,计算结果显示:最佳方案为布置3群膜组件群,每群铺设18 m,群间隔240 m,并以10 kPa曝气压力不间断曝气48天,即可使水质达标,所需运行费用为3.105万元。该优化模型较为实际地给出了治理黑臭水体时曝气装置的布置及运行方案,为该技术在实际工程中的应用提供了借鉴和指导。