水资源作为自然界最宝贵的资源之一，越来越受到广泛关注。随着经济发展和人口增长，污水排放量日益增加，水资源危机愈发严峻。膜-生物反应器（Membrane Bioreactor, MBR）技术将传统污水生物处理与膜分离技术结合，是一种高效的新型污水处理与回用工艺。相比传统工艺，MBR通过膜分离使污泥停留时间独立于水力停留时间，显著提高处理能力，同时取代二沉池，减少占地面积和基建费用。该技术对缓解我国水资源短缺具有重要意义。

清华大学环境科学与工程系黄霞教授团队自20世纪90年代起致力于MBR技术开发与工程应用。针对水污染和水资源短缺问题，团队从降低能耗和稳定运行入手，开发了流化床型、气升循环分体式、平板式三种低能耗MBR。研究成果“低能耗膜-生物反应器污水资源化新技术与工程应用”获得国家科技进步二等奖。

研究初期，团队面临膜材料选择、反应器结构优化、流态优化、膜污染识别与清除等挑战。膜污染是MBR运行的关键瓶颈：污染物（如糖类、蛋白质）吸附在膜表面或嵌入内部，导致过滤通量下降。团队通过测试近百种样品，确定污泥层和凝胶层是主要污染物质，开发了经济曝气量和次临界通量操作模式，以及以氧化剂为核心的化学清洗技术，并研发了在线化学清洗模式，成功应用于洗浴污水、医院污水、印染废水等多种类型污水处理。

在解决膜污染后，团队聚焦于降低能耗。MBR主要能耗来自曝气以防止污泥沉积。团队创新利用流化床原理，制造出具有自主知识产权的流化床型MBR，显著降低能耗。自2002年起，我国开展了数百项MBR项目。2006年以来，低能耗MBR技术应用于北京密云再生水厂（日处理4.5万吨）、温榆河水资源利用工程（日处理10万吨）等大型工程，其中密云再生水厂是亚洲首座万吨级城市污水MBR工程。截至2008年底，累计处理水量超过23万立方米/天。

2009年，该项目获得国家科技进步二等奖。黄霞表示，团队将继续开发更有效的膜污染控制技术，降低膜成本和运行能耗，并拓展MBR在工业废水资源回收、饮用水净化等领域的应用。膜技术作为21世纪朝阳产业，前景光明。