人工湿地运行过程中,水中的部分污染物被植物和微生物吸收降解,部分污染物被填料截留。随着人工湿地的运行,被截留的污染物质会在填料的孔隙里累积,影响处理效果。现有的缓解人工湿地填料污染的方法,包括进水预处理、定期更换填料、补充曝气等,但都会增加运行成本,本研究构建了人工湿地与微生物燃料电池的耦合系统(CW-MFC),证实了利用生物电化学原理不消耗外部能源降低填料污染的可行性。本研究使用砾石或活性炭为人工湿地填料,芦苇制备的生物炭电极或碳板电极,采用连续升流或间歇式进水,研究了CW-MFC的产电性能和COD、TN和TP的去除效果和系统填料的污染情况,并与普通的人工湿地数据进行了对比。结果表明,间歇式进水的砾石CW-MFC和生物炭阴极CW-MFC的最大功率密度较高,分别可达到106 mW/m~2和11.5 mW/m~2。CW-MFC反应器中COD的去除率在71%~84%之间,TP的去除率在52%~80%之间,TN的去除率在59%~70%之间。连续升流式进水的活性炭和砾石CW-MFC底层填料的污染程度较CW底层填料污染程度减轻,说明填料中污染物质受到了生物电化学体系的影响发生了迁移,改变了污染分布状况。污染分布改变的原因有两方面,一是钛网收集电子,与底层填料中带有负电荷的悬浮颗粒和微生物发生排斥使它们发生了迁移,减轻了CW-MFC底层填料的污染程度。另一个方面是在底层填料中发生了双电子还原反应,产生了过氧化氢。本研究还在米级尺度上构建了CW-MFC,在放大的CW-MFC反应器内证实填料内生物量的累积少,整体污染程度较CW轻,并且CW-MFC反应器阳极微生物的多样性和丰富度要高于CW反应器。本研究开发了一种不消耗外部资源而降低填料孔隙污染的方法,实现了污水处理过程的资源化与有效利用。