厌氧膜生物反应器（AnMBR）将厌氧消化（AD）与膜分离技术相结合，具有高通量负荷率和占地面积小等显著优势。作为一项极具前景的创新技术，AnMBR技术使耗能的污水处理厂转变为能源生产设施（Rong等人，2025年），同时确保悬浮固体和脂类的有效截留，从而实现水质的高效稳定提升（Lv等人，2026年）。此外，该系统通过提高处理效率和获得更高的甲烷产量，优于传统厌氧反应器，进一步巩固了其在废水处理领域的领先地位（Osman和Hodaifa，2023年）。
然而，微生物之间以及微生物与污染物之间的电子传递速率限制，即控制有机物降解和甲烷产生的基本过程，构成了一项关键挑战。AnMBR水处理过程中的生产力主要依赖于Methanobacterium（甲烷杆菌属），该菌利用乙酸/氢气作为电子供体促进二氧化碳还原并产生甲烷，但其产量仍需进一步提高（Wang等人，2024a）。AnMBR中的甲烷产生主要由产甲烷细菌主导，导致氢气供应不足，从而限制了产氢型产甲烷细菌的富集。因此，提高这些细菌的甲烷产生效率对于增加AnMBR的甲烷产量至关重要，已有研究通过耦合电化学来促进阴极产氢，从而增加产氢型产甲烷菌的数量（H. Liu等人，2022年）。
因此，克服微生物电子传递的内在生物限制已成为推进AnMBR处理效率的关键瓶颈（Durán等人，2020年）。直接种间电子传递（DIET）是指电子从一个微生物细胞直接转移到另一个微生物细胞，无需氢气或甲酸等扩散性还原分子的参与（Zhao等人，2020年）。这种直接途径实现了高效的种间电子交换，从而促进厌氧消化过程中的甲烷产生。相比之下，间接电子传递（IET）依赖于可扩散的化学介质（如类黄素物质）来长距离传递电子（Gahlot等人，2020年）。尽管IET提供了更广泛的空间范围，但受到介质损失和不利副反应的影响。
以往研究已证实，低微生物电子传递速率通过减缓有机物降解而阻碍系统性能，从而导致其在AnMBR中积累，最终降低出水水质和处理效率（Hou等人，2017年）。研究表明，微生物可通过生物电驱动电子传递，从而促进有机污染物降解（He等人，2023年）。例如，在某些电化学耦合的AnMBR配置中用于处理食品废弃物废水中的有机污染物时，阳极附近会出现一种罕见但值得注意的现象：水分子可通过电子传递产生羟基自由基（·OH）。这些强氧化剂通过加成和取代反应与有机污染物发生作用，有效地将复杂有机物分解为较小分子（Zhen等人，2023a）。
导电材料能够在微生物之间实现DIET，从而增强甲烷产生（Liu等人，2024年）。如图1所示，AnMBR系统中的胞外电子传递（EET）过程可根据电子传递方式和参与实体分为两种不同途径。图1a表示微生物之间的电子传递，即共生细菌与产甲烷古菌之间通过导电菌毛（如微生物纳米线）或膜结合细胞色素c进行的直接电子交换。这种DIET机制不依赖外源电子载体，促进了热力学上高效的有机底物共生代谢，从而促进后续产甲烷作用。相比之下，图1b描绘了电化学耦合AnMBR配置中微生物与外电路极之间的电子传递。在该途径中，电活性细菌将电子捐赠给阳极（伴随有机物氧化），而阴极作为电子受体，辅助产甲烷菌将CO2还原为CH4。或者，根据运行模式的不同，阴极也可直接接受微生物的电子。
尽管AnMBR在实验室规模下表现出优异的化学需氧量（COD）去除率和产甲烷潜力，但其工程应用受到三大瓶颈的阻碍：（i）甲烷回收率低，大量溶解甲烷随出水流失，低温条件下可达80%（Sanchis-Perucho等人，2021年）；（ii）严重的膜污染，蛋白质主导的EPS在滤饼层中贡献超过52%的总阻力，且频繁出现不可逆污染；以及（iii）对难降解和抑制性底物的耐受性差，微污染物和长链脂肪酸的积累抑制了产甲烷活性，在高负荷条件下甲烷产量下降高达40%（Qin等人，2025年）。
上述工程瓶颈从根本上归因于种间电子传递效率不足。因此，应用EET强化策略，特别是促进DIET，能够加速乙酸裂解型产甲烷作用，同时调节污染层结构，从而为上述问题提供综合解决方案。其核心在于，上述挑战源于种间电子传递动力学不足。通过EET强化加强该过程，并特别侧重于促进DIET，可加速乙酸裂解型产甲烷作用，同时调节污染层组成。这正是EET强化策略能够解决的问题。
基于电子传递原理的强化AnMBR是一项重要的技术进步，能显著提高能源利用效率，从而解决膜污染等长期存在的问题。电子传递调控型AnMBR的应用已被广泛研究，但这一领域仍缺乏专门的综述。本文提供了全面的综述，不仅探讨了各种电子传递调控强化策略，还分析了其潜在机理及其对AnMBR性能的多方面影响。旨在推进这些系统中电子传递的精确控制和功能效能，从而为该领域科学家和工程师提供有价值的资源。
