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2015年发布的《“十三五”规划纲要》和《水污染防治行动计划》明确指出专项整治造纸、农副产品加工等十大重点行业，实现工业污染源全面达标排放，这表明高浓度有机废水达标排放已成为当前污水处理的重大挑战和机遇。因此，本文从厌氧膜生物反应器构建、在线控制模式、酸碱缓冲体系、微量元素投加策略及其微生物机理等入手，通过实验室小试研究—现场中试—示范工程应用，研发适用于高浓度有机废水高负荷处理的短流程AnMBR技术，以期为高浓度有机废水的高效达标处理提供科技支撑。 针对农副食品加工业废水水质波动大、浓度高和达标率低的特点，构建了两相厌氧管式膜生物反应器(Anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)，研发了基于气液联合监控和动力学阈值的Biogas-pH控制模式。根据挥发性有机酸滴定pH曲线，选择高负荷反应起点;根据产气Biogas动力学曲线，选择稳定达标反应终点。小试结果表明，与稳定负荷操作模式相比，该模式将AnMBR的负荷提高了一倍，达到了11.81±0.31 kgCOD·kgVSS-1·d-1;出水COD浓度降低了近一半，从402.12±148.70mg· L-1降到253.4±43.70mg· L-1，稳定达到《淀粉工业水污染物排放标准(GB25461-2010)》，实现了高浓度有机废水短流程达标处理。 针对AnMBR高负荷厌氧消化过程发生酸化的关键风险，所研发的Biogas-pH控制模式可使氨氮、碳酸盐/碳酸氢盐和挥发性有机酸(TAN-BA-VFAs)在产甲烷相构成“三元pH自缓冲体系”。该缓冲体系可使产甲烷相pH在7.4～8.0范围内周期波动，并利用氨氮抑制的滞后性实现了缓解FAN抑制和VFA积累的风险，通过提高pH增强了CO2捕集，实现了无需加碱的高负荷稳定运行。在该控制模式下，主要产甲烷功能菌从Methanoculleus和Methanomethylophius逐渐演替为高效产甲烷菌Methanosaeta和Methanosarcina。 针对厌氧消化处理农副食品加工废水存在的产甲烷限速问题，采用批量试验综合考察了不同微量元素投加策略对该AnMBR产甲烷相的多重效应，优化了COD去除（22.4±5.6％）、累积甲烷产量（7.5±0.6％）、比产甲烷活性（43.1±12.5％）和微生物增殖（13.9±3.7％）四种效应的微量元素投加策略，表明了促进累积甲烷产量并不是微量元素投加最突出的效应;阐明了提高甲烷活性的三种主要产甲烷菌增殖机理:微生物总量增长、产甲烷古菌相对丰度提高和产甲烷古菌尺寸增大。基于多重效应优选的Fe和Cu浓度范围，建立了Fe和Cu投加对理论甲烷产量的剂量—效应非线性关系，优选了长期投加剂量，使AnMBR在达标条件下的负荷和产气速率提高到12.36±0.41 kgCOD·kgVSS-1·d-1和632±397 Nml·h-1。 所研发的厌氧膜生物反应器技术已成功应用于我国载人航天“绿航星际”废水处理系统和经济日报等印刷废水处理，取得了良好社会经济效益和生态环境效益，为厌氧膜生物反应器在我国的应用推广提供了科技支撑和工程示范。