传统污水处理过程能耗高、碳排量大,通过将厌氧生物处理与膜分离相结合,厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,An MBR）可高效去除污水中的有机物并以甲烷的形式回收再利用,降低污水处理能耗与碳排量,助力实现“双碳”目标。然而,An MBR处理市政污水工艺特性研究尚不充分,膜污染技术瓶颈尚未攻克,低温下高效稳定运行难题仍需妥善解决。基于此,本课题构建了兼具能源回收和膜污染控制强化功能的气提浸没式An MBR污水处理系统,研究了系统的工艺性能、膜污染特性及其强化控制、以及低温条件下的处理效能提升技术原理。主要研究成果如下:（1）研究了An MBR处理市政污水的工艺性能,阐明了微生物带代谢产物及微生物群落特征。室温条件下,HRT在3.2?24.0 h范围内An MBR均能高效去除COD,进水中超过77.5%的COD转化为甲烷。污泥中产甲烷古菌/细菌比值与固体停留时间（solids retention time,SRT）显著负相关;不同粒径颗粒中微生物群落组成差异显著,产甲烷古菌在粒径≥10μm的颗粒中丰度较高,而固氮弧菌（Azovibrio）、脱硫弧菌（Desulfovibrio）和互营杆菌（Syntrophobacter）属等膜污染潜力高的细菌是粒径＜10μm颗粒中的优势菌。（2）揭示了膜表面泥饼层与凝胶层的物化生化特性与空间构造,阐明了凝胶层形成是膜表面污染的重要成因。凝胶层与泥饼层过滤阻力相当,但凝胶层污染物过滤比阻更高。慢速污染阶段,多糖和蛋白质黏附在膜表面形成多孔网络结构,污泥混合液小颗粒（＜10μm）中的微生物填充于网络孔道,形成光滑致密、富含微生物的网络状凝胶层。随着污染物积累,触发快速污染,此时抽吸力增大,加速了大颗粒在膜表面无序沉积,含有丰富胞外蛋白质的粗糙泥饼层快速形成。（3）解析了投加PAC对污泥混合液及膜表面污染物的影响特性,阐明了PAC长效缓解膜表面污染的作用机理。一方面,PAC通过强化水力扰动导致大颗粒解体,污泥絮体胞外聚合物含量降低,电负性增加,膜污染潜力减小。另一方面,PAC通过生物固定与摩擦剪切抑制了常见膜污染微生物向膜表面富集及生物固体在膜表面的沉积。在两种方式的共同作用下,污染物在膜表面黏附-沉积得到有效控制,膜表面污染得到缓解。（4）研究了低温下投加生物炭对An MBR处理效能的提升作用,揭示了生物炭同步强化产甲烷和控制膜污染的作用机理。温度低至10°C时COD去除效率低至60%,膜过滤性能严重恶化。投加生物炭强化了氢营养型产甲烷菌的优势地位,并通过在生物炭表面富集电活性发酵细菌提升厌氧中间代谢产物乙酸和丙酸转化为甲烷过程微生物种间电子传递活性,强化了微生物抵抗低温的能力。与此同时,生物炭通过吸附疏水性SMP与摩擦剪切膜表面改善污泥过滤性能、缓解污染物在膜表面沉积,并通过生物固定减少常见膜污染微生物与膜表面接触,有效缓解膜污染,解决了低温不利条件下An MBR高效运行技术难题。