处理工业高氨氮、低碳氮比的废水（如化工循环排污水、电子行业废水），传统A/O工艺面临曝气能耗极高和必须投加大量外碳源的困境。膜曝气生物膜反应器（MABR）是一种将膜技术与生物膜技术创造性融合的新型反应器，正在颠覆传统的好氧生物处理理念。在MABR中，曝气不再是用鼓风机向水中吹入大气泡，而是采用一束疏水性的中空纤维膜，将低压空气或纯氧从膜内部通入。氧气通过膜壁上的微孔，以分子扩散的形式，无气泡地直接传递到附着生长在膜外表面的生物膜内。这实现了氧气从“气到水再到菌”三步传质，到“气经膜到菌”一步传质的革命。

  这种“无气泡曝气”带来的首要优势是氧利用率的极致提升。传统曝气池的氧利用率一般仅为10%-20%，大量氧气白白逸散。而MABR通过控制膜内气压低于泡点，氧气以分子级直接渗入生物膜，其氧利用率理论上可接近100%。这意味着，对于同样的需氧量，MABR的供气电耗仅为传统鼓风曝气的几分之一。更为巧妙的是MABR生物膜内部自然形成的独特分层结构。由于氧气是从膜丝内向外扩散，浓度在生物膜内形成从膜表面（高浓度）到外表面（趋近于零）的递减梯度。紧贴膜表面的是一个富氧区，生长着密集的氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB），它们能将氨氮高效地氧化为硝酸盐。

  而在生物膜的外侧，由于氧被内层消耗殆尽，形成了天然的缺氧和厌氧区。水中的BOD和硝化产生的硝酸盐在此区域扩散，使得异养反硝化菌能以水中的有机物（内碳源）为电子供体，将硝酸盐还原为氮气。这就创造了在一个单一的膜丝生物膜内，实现了同一时间、同一空间的同步硝化反硝化（SND）脱氮。对于低C/N比的工业废水，这不仅省去了缺氧池的搅拌功耗，更能将原水中有限的有机物作为反硝化碳源用到极致，大大减少或免除外加碳源的需求。笔者在多个MABR项目中观察到，在处理同等氨氮负荷的情况下，MABR的曝气电耗仅为传统A/O工艺的30%-40%，碳源投加量可减少60%以上。随着MABR膜材料和组件技术的成熟，这项技术正以低能耗、省碳源、占地小的革命性特点，在高标准工业废水脱氮领域得到快速推广。

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