微生物燃料电池（MFC）能够实现生物阴极同步硝化反硝化（SND）脱氮，但其脱氮效率还需进一步提高。已有研究表明三阳极MFC与传统双室MFC相比，具有更好的产电性能和污染物去除效果。本文从环境工程微生物学和动力学层面研究了三阳极MFC阴极SND脱氮效率的强化策略。通过自三阳极MFC阴极室内取样筛选硝化细菌和反硝化细菌，研究弱电场刺激对其硝化或反硝化作用的影响；建立连续流三阳极MFC电化学模型（以下简称电化学模型）、连续流三阳极MFC阴极SND反应模型（以下简称三阳极MFC阴极SND模型），利用实验数据进行模拟分析得到强化三阳极MFC阴极SND脱氮效率的可行性办法；进行间歇流密闭MFC阴极电子利用率实验，建立密闭阴极系统中 SND 过程液相和气相中电子转移通路模型（以下简称阴极 SND 电子转移通路模型），评估阴极电子利用情况并利用实验数据进行模拟，以得到提高阴极电子利用率和SND脱氮效率的方法。主要结论如下：
　　（1）从实现阴极SND的三阳极MFC阴极室内取样经过筛选实验得到了五株AOB、六株NOB和四株Denitrifier。其中，AOB菌株A11、NOB菌株N16和Denitrifier菌株D6和D4在同类菌株中活性较强。弱电场刺激实验结果表明，对A11和N16菌株分别施加0 V、0.2 V和0.4 V vs 饱和甘汞电极（SCE）的恒电势刺激时，A11的适应期时间与对照相比均缩短了2天，但其氨氮降解速率并没有得到促进；N16的亚硝酸盐氧化作用和生长作用与对照相比均未得到明显的促进。对D6菌株施加0 V、-0.2 V和-0.4 V vs SCE的恒电势刺激时，D6的反硝化速率和生长速率与对照组相比均未得到明显的促进。对D6和D4菌株分别施加2 mA、10 mA和50 mA恒电流刺激时，D6和D4的反硝化作用和生长作用均受到了抑制。在换用较小的恒电流（0.1 mA）刺激时，D6和D4菌株反硝化和生长过程均没有得到明显促进。
　　（2）电化学模型描述了连续流三阳极MFC输出电压和超电势损失之间的关系，其中阴极活化超电势与阴极的自养反硝化过程有关；基于活性污泥1号模型（ASM1）建立了三阳极MFC阴极SND模型和阴极SND电子转移通路模型，不仅模拟预测了阴极室内的常规自养硝化反应、异养反硝化反应和有机物异养氧化反应，还讨论了自养反硝化反应以及氧气与外电路传输的电子的反应。
　　（3）利用实验数据进行电化学模型和三阳极MFC阴极SND模型模拟，电化学模型拟合三阳极MFC极化曲线的结果表明， MFC超电势损失主要是欧姆超电势（ηohmic）和活化超电势（ηact），且它们的比例相当，其中阴极的活化超电势（ηc）占总活化超电势的绝大部分。三阳极 MFC 阴极 SND 模型能够很好地模拟出阴极 SND 过程中氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO3--N）和化学需氧（COD）浓度的变化趋势，决定系数R2均大于0.995。
　　（4）作为电子供体的NH3-N、COD和电子受体的O2在双室MFC阴极室进水中浓 度对阴极电子利用率和脱氮效率影响研究表明，双室 MFC 实现了阴极高效的除碳和SND脱氮，COD和总氮（TN）去除效率分别高达88.7 ± 9.9%和87.3 ± 0.8%，MFC阴极SND效率均高于68%，同时MFC实现了高达2.96 W m-3的功率输出。从外电路传输到阴极的电子量和C/N比的提高有利于阴极的TN去除率的提高。双室MFC阴极电子利用率（Ee）可接近100%，且阴极反硝化过程中自养反硝化比例（Ra）的提高有利于阴极电子利用率的提高。阴极 SND 电子转移通路模型能够很好的拟合双室 MFC 阴极SND过程中NH3-N、溶解氧（DO）和COD的浓度变化趋势，R2均超过了0.987，但对NO3--N的拟合效果较差。
　　（5）三阳极MFC阴极SND模型和阴极SND电子转移通路模型模拟结果表明，自养反硝化细菌和异养反硝化细菌之间存在竞争关系，硝化反应速率的增加有利于自养反硝化反应的加快；异养反硝化细菌对阴极脱氮除碳效果的贡献要超过自养反硝化细菌；提高三阳极MFC阴极系统TN去除率和SND效率的措施有：1）进水中不投加NO3--N；2）适当降低阴极进水中NH3-N的浓度；3）增大水力停留时间；4）使用比表面积高的电极材料以减小阴极的活化超电势损失；5）在保证发生SND的前提下适当降低阴极的DO浓度。