厌氧膜生物反应器（AnMBR）的特性、应用与新技术简介

创新点

本文总结了AnMBR技术的显著优势，深入探讨了其背后的工作原理，关联性分析了技术效益与当前环保要求；

通过展示两个大型AnMBR应用项目，具体阐述了该技术在工业层面的运行效果和经济效益，突出了其在实际应用中的可行性；

在识别AnMBR技术在应用过程中遭遇挑战的同时，还总结了最新的技术突破，展现了该领域的研究动态和发展趋势。

作者简介

中国工程院院士俞汉青

俞汉青，中国工程院“环境与轻纺工程学部”院士，中国科学技术大学教授、国家杰出青年基金获得者（2006）、科技部人才计划入选者（2017）、教育部创新团队负责人（2012）、科技部创新团队负责人（2016）、国家自然科学基金委创新群体负责人（2018）。2014年以来连续入围Elsevier出版集团环境领域国际高被引学者，科睿瑞安（Web of Science）交叉领域的高被引科学家。开展水污染控制的基础研究、技术研发和实际应用工作，主持国家自然科学基金、国家重大科技专项课题、国家863划课题多项；研发了多项废水处理技术，获授权发明专利60多项。作为通讯/第一作者发表SCI论文700多篇，其中包括Nature、Nature子刊、PNAS、Environmental Science & Technology和Water Research，SCI他引超过4万次；成果获国家自然科学二等奖和国家科技进步二等奖各1项，省部级科技/自然科学一等奖6项。

中国科学技术大学博士后温汉泉

温汉泉，中国科学技术大学环境科学与工程系博士后。2014—2021年于哈尔滨工业大学环境科学与工程专业获得工学学士、硕士和博士学位，2021—至今在中国科学技术大学从事博士后工作。以第一/通讯作者在Environment International、Water Research X、Renewable Energy、Int J Hydrogen Energy等刊物发表论文9篇。主要研究方向为环境污染物治理和反应器工艺优化。

低碳水处理与资源化技术:厌氧膜生物反应器（AnMBR）的特性、应用与新技术简介

作者

温汉泉，潘元，俞汉青*

单位

中国科学技术大学环境科学与工程系

基金项目

1. 国家自然科学基金青年科学基金资助项目（GG2400000035）

2. 中国博士后科学基金面上资助项目（BH2400000014）

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摘要

厌氧膜生物反应器（AnMBR）集成了厌氧生物处理的高效率和膜技术的精准选择性，开创了污水处理技术的新篇章。在当前全球环境保护意识和资源循环利用需求日益加强的背景下，AnMBR技术不仅响应了追求低碳水处理的趋势，还在资源回收利用方面展示了广阔的发展前景。本文详细探讨了AnMBR的原理、操作优势以及其在当下的应用实践，并阐述了AnMBR技术在推广过程中面临的技术挑战和最新的科研进展。即便AnMBR在商业化应用中仍存有挑战，但得益于科学研究的不断深入和技术创新的推动，这些挑战正被一一克服。基于AnMBR的新技术开发与应用为实现废水资源化利用与推动循环经济方面提供了有力支持。AnMBR技术在提高污水处理效率、减少碳排放，以及促进能源和资源的可持续利用方面取得了突破性进展，预示着水处理技术正在向更加绿色、高效的方向发展，对未来水资源管理与环境保护具有深远意义。

研究背景

清洁水的获取对于人类健康和社会的发展至关重要。作为当代社会发展的关键基础，污水治理在保障清洁水供应中发挥了不可或缺的作用。然而，随着社会经济的高速发展，全球水质持续下降已成为一个备受关注的问题。为确保每个人都能获得清洁的饮用水和良好的卫生设施，联合国提出了17个可持续发展目标，其中之一是“确保人人享有清洁水和卫生设施”。根据联合国教科文组织的报告，每年有近83万人因使用不安全水源导致的腹泻等疾病而死亡。这一数据突显了污水处理在保障人类健康和社会安全方面的重要性。

面对气候变化和能源危机的双重挑战，传统污水处理方式亟需转变。中国在应对这些挑战方面提出了“双碳”目标，力求在2030年前达到碳排放峰值，并在2060年实现碳中和。在这一背景下，污水处理技术和理念正在发生深刻变革。污水管理模式逐渐从末端处理转向综合资源回收。这种转变使得废水处理系统的研发和优化朝向更节能和经济有效的方向发展。废水不再只是被视为污染物，而是作为能源、养分和水资源的重要来源。低碳水处理与资源化技术因其减少环境污染和资源再利用的双重优势而受到全球关注。

好氧废水处理技术作为一种主要的废水处理方法，已历经近一个世纪的应用。然而，此方法仍存在诸多缺陷，如能源密集、产生大量污泥，以及需要更大的空间和高昂的维护成本。这些缺陷根源于好氧系统的一个内在矛盾：大量的能源被用于将生物易降解有机物氧化为二氧化碳以及微生物自身生长，而非污染物的有价值转化。这种能源使用的方向与废水再利用的目标相背离，不利于低能耗污水处理和低碳排放。

相较于好氧处理，厌氧处理技术展现出显著的可持续性优势，其核心优势在于较低的能量消耗，这主要归因于厌氧过程将污水中的能量转换为气态能量载体甲烷（CH₄），而非将能量完全用于有机物的矿化过程。该过程无需额外的曝气能量输人，极大地降低了运行成本。此外，厌氧过程中微生物生长速度相对较慢，使得整个处理过程中产生的污泥量大为减少，从而降低了能量的旁路流失。特别是当结合膜技术的厌氧膜生物反应器技术，更是展现出了巨大的潜力。膜技术的加人有效地分离了污泥（Sludge Retention Time，SRT）与水力停留时间（Hydraulic Retention Time，HRT），增强了反应器内活性微生物浓度，减少污泥流失。这不仅促进了厌氧生物技术在更广泛的环境条件下的应用，也保证了更高的出水质量。此外，与传统废水处理技术相比，采用AnMBR可显著减少操作空间和单元操作的数量，并提供了选择性分离和回收营养物质与资源的功能。

综上所述，AnMBR技术在当前环境保护和资源再利用的大背景下，与低碳和资源化水处理的核心目标高度一致，具有广阔的应用前景。本文将详细探讨AnMBR的优势、应用实践及所面临的挑战，对该领域最新的技术进展进行概述，以全面展示其优势与局限性，并展望其未来的发展方向。

部分图片

图1 水处理过程及出水质量

图2 不同温度和盐度下甲烷在水中的溶解度

图3 动态膜形成过程

引文格式

温汉泉,潘元,俞汉青.低碳水处理与资源化技术:厌氧膜生物反应器（AnMBR）的特性、应用与新技术简介[J/OL].能源环境保护:1-11[2023-12-11].DOI:10.20078/j.eep.20231201.

WEN Hanquan,PAN Yuan,YU Hanqing.Low-carbon water treatment and resource recovery technology: A brief overview of anaerobic membrane bioreactors (AnMBR) characteristics, applications, and innovations[J/OL].Energy Environmental Protection:1-11[2023-12-11].DOI:10.20078/j.eep.20231201.

　　责任编辑：宫在芹

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