污水资源化与碳中和的战略理念推动着以能耗换水质的传统污水处理行业进行转型升级,如何充分挖掘利用污水中的有机碳源并实现资源化回收是未来城市污水处理研究的前沿方向,也是污水厂实现碳中和的有效途径。我国城市污水的碳源浓度普遍低下,因此需要因地制宜地研发碳源浓缩和资源化工艺以实现污水有机能量回收最大化。本课题提出利用基于正渗透（FO）膜分离的高效碳源浓缩技术思路,研发了耦合混凝/吸附的强化正渗透膜浓缩工艺,实现了城市污水中的碳源有效富集,并对强化膜浓缩工艺的运行模式进行优化,考察反应器稳定浓缩的可行性,进而初步探究碳源浓缩液的厌氧资源化潜力,为城市污水的碳源资源化研究提供理论参考。论文首先研究了海水作为汲取液驱动正渗透系统浓缩城市污水碳源的效果,考察系统在不同膜朝向和错流速度下运行特性的变化规律,以及CTA-ES和TFC-ES两种FO膜的分离和浓缩污染物的性能,研究表明,海水作为汲取液能够提供较稳定的运行效果,在AL-FS模式下通量更稳定;TFC膜具有较高的纯水渗透性和盐排斥性,CTA膜对污染物截留和浓缩富集效能要优于TFC膜,最终富集的COD浓度可达2660 mg/L,但浓缩因子低于理论值。通过复配混凝/吸附剂后强化了正渗透过程对碳源的浓缩效果,结果表明,在膜表面预制化学絮体泥饼层过滤能够稳定膜通量、有效控制膜污染。当复合投加80 mg/L的PAC和40 mg/L的活性炭时,混凝-FO膜反应器对COD去除率可达97.2%,浓缩液中COD浓度达到4600 mg/L,明显优于正渗透直接浓缩污水碳源的富集效果,同时膜通量降幅减小,在控制排放浓缩液/进水比值在2.5～5%时可实现稳定富集,长周期运行时反应器内COD浓度可以维持在4000 mg/L左右。最后进行厌氧生化产甲烷潜力测试,考察混凝-FO膜反应器产生的碳源浓缩液的资源化效果,结果表明厌氧产气性能受HRT影响较大,在混凝污泥与厌氧污泥配比为2/5时,HRT为24 h条件下,产甲烷效率最高。碳源浓缩液中富集的氨氮会促进厌氧产气过程,而反渗的氯离子会抑制部分甲烷菌的活性,且抑制作用占主导地位。通过污泥驯化可以提升厌氧微生物对氯离子的耐受性,最终浓缩液的产甲烷潜力为292 m LCH4/g COD,相较活性污泥等生物絮凝捕获后的碳源厌氧资源化潜力更高。