城市污水处理厂尾水排放正成为重要的污染源,提高其氮、磷等污染物排放标准对控制水体富营养化,保障水环境质量刻不容缓。本研究在改良的A²O工艺基础上,将微生物燃料电池（MFC）、微生物电解池（MEC）等与之耦合,构建两套微生物弱电脱氮工艺:A²O-MFC-MEC和A²O-MFC-MEWE。探讨了两套工艺的快速启动方法以及稳定运行期的除碳脱氮效果,并开展最佳状况下耦合工艺各室体脱氮效能与荧光分析,对系统微生物种群做高通量分析,并考察弱电强度、水力停留时间、内回流比等关键参数对A²O-MFC-MEC脱氮的影响。启动阶段运行结果表明,以提前驯化培养的好氧及厌氧污泥进行接种,控制pH为7.0-8.0,温度为室温,以逐步增加负荷的方式启动厌氧池,其出水化学需氧量（COD）和氨氮（NH₄⁺-N）去除率稳定维持在50%和40%以上;采用涂覆法制备MFC锰矿碳毡电极,当阴阳电极距离为2.0cm时,MFC功率密度最大为48.4mW/m²;保持MEC刺激电压为0.3V,两工艺缺氧池COD和NH₄⁺-N去除率分别达到45%和35%以上;两工艺脱氮效能对比分析结果表明,稳定运行阶段,A²O-MFC-MEC的总氮去除率比A²O-MFC-MEWE工艺提高了23%,因此以A²O-MFC-MEC反应器作为工艺关键参数优化阶段主体对象。当MFC弱电强度为500mV且向MEC提供300mV时,系统总氮（TN）去除率最高为63%;在水力停留时间为24h时,系统的产电性能最佳且TN去除率为46%;在内回流比为200%时,系统的TN去除率最高为69.5%。耦合系统与普通A²O系统脱氮效能分析,结果表明耦合工艺较A²O工艺TN处理率提高23.9%,厌氧池、缺氧池1和缺氧池2的TN去除率分别提高了11.4%、5.9%和7.6%。耦合系统处理城市污水的最佳工艺构建工况是:MFC输出电压为500mV且提供MEC电压强度为300mV,HRT为24 h以及内回流比为200%。A²O-MFC-MEC系统在正常运行阶段对微生物有非常明显的选择作用,使具有不同功能的微生物菌群可以协同共生于同一生态系统中,提高对城市污水总氮的处理效果。微生物高通量测序结果表明,系统所在的厌氧池和缺氧池,富集有大量的产电和反硝化细菌种群;系统优势产电微生物群落为Proteobacteria、Firmicutes和Acidobacteria;优势反硝化微生物群落为Rhodanbacter、Bacillu。对耦合系统各室体出水进行三维荧光光谱分析,结果表明在弱电的作用下,微生物对蛋白质等有机物得到显著提高。