针对中国污水处理厂低碳源氨氮废水的处理难题,结合微生物燃料电池同步脱氮优良特性和光催化技术脱氮的高效性。本论文分三步分别构建阳极脱氮微生物燃料电池、双室同步脱氮微生物燃料电池、光催化协同微生物燃料电池,最终将微生物燃料电池系统与光催化技术耦合。论文在以有机物和氨氮作为混合基质及氨氮为单一基质条件下,分别研究了有机物、氨氮对三种微生物燃料电池的脱氮效率及产电能力的影响,并研究了光照强度对光催化协同微生物燃料电池的影响,对比了有无光催化单元对双室微生物燃料电池的脱氮及产电的影响。研究进一步论证了氨氮作为电子供体在微生物燃料电池中的可行性,系统实现了稳定的脱氮,初步论证了低碳氨氮废水可以在微生物燃料电池中得到处理。论文得到以下主要结论:(1)在阳极脱氮微生物燃料电池系统中,有机物浓度是影响系统脱氮产电的重要影响因素之一,产电周期随着有机物浓度的降低下降明显,当进水有机物浓度从600mg/L降低至0mg/L时,产电周期由7401min降低至1350min。随着阳极进水COD浓度的降低,阳极氨氮去除率有所提升,当进水中有机物为100mg/L时,氨氮的去除率最大为50.18%,去除量为33.54mg/L。但在进一步降低COD浓度时,氨氮的去除率略微下降。在进水中不含有机物时,氨氮仍然能维持42.70%的去除率,去除量达28.54mg/L。系统整体保持良好的脱碳能力,证明了有机物可以被菌群充分利用。(2)在阳极脱氮微生物燃料电池系统中,氨氮浓度综合影响了系统产电和脱氮能力,研究表明在180mg/L进水氨氮浓度和低碳源实验配水条件下,系统具有良好的脱氮产电能力,其产电输出电压高达670mV,氨氮去除率可达70%。氨氮浓度是影响系统脱氮的主要因素,低浓度和高浓度的氨氮均不利于系统脱氮。高浓度氨氮会影响系统的产电性能,在50mg/LCOD和0mg/LCOD两种碳源条件下,高浓度氨氮的系统产电性能均低于低浓度氨氮的系统。表明高浓度氨氮对微生物有抑制作用。(3)双室微生物燃料电池系统中,有机物浓度是影响系统脱氮产电的重要影响因素之一,产电周期随着有机物浓度的降低下降明显,当进水有机物浓度从300mg/L降低至0mg/L时,产电周期由5024min降低至716min。系统在不同进水有机物浓度下,均维持良好的硝态氮去除能力,系统的氨氮最大去除量为13.78mg/L,在无有机物条件下也能保持10.91%的去除率。(4)双室微生物燃料电池系统中,氨氮浓度是影响系统脱氮产电的重要影响因素之一。随着氨氮浓度的升高氨氮的去除率先上升后下降,输出电压也随着氨氮浓度的升高先上升后下降。在氨氮浓度为180mg/L时达到最大的去除率和去除量,分别为48.6%、87.5mg/L;硝态氮的去除规律与氨氮去除规律类似,但是变化趋势较氨氮缓慢,均保持50%-70%的去除率。在240m/L的进水氨氮浓度下,系统获得最高的328mV的稳定输出电压(R=500Ω)。(5)光催化强化微生物燃料电池系统中,光催化单元的加入对系统产电周期有影响,不同COD条件下,产电周期均有不同的减少,氨氮以及硝态氮的去除率均有所提升。在COD为100mg/L时,产电周期的减少量最大为306min。其中在进水有机物浓度为50mg/L条件下时,氨氮去除率提高最多,达14.21%。在无进水有机物时,硝态氮的去除率提升值最高,达4.67%。(6)光照强度对系统产电和脱氮均有影响,随着光照强度的增强,稳定输出电压增高,同时氨氮的去除效果以及硝态氮的去除效果也有所增强。硝态氮及氨氮的去除率改变规律与稳定输出电压变化规律相似。(7)三个MFC系统的微生物均能良好生存,且生物样品多样性良好。检测的三个系统中阳极微生物样品存在差异,其中阳极脱氮微生物燃料电池的生物多样性最好,双室同步脱氮微生物燃料电池生物多样性最差。添加光催化单元后,双室微生物燃料电池的微生物丰度提高,阴极微生物生长状态改善,说明光催化单元与MFC存在协同效应,促进了微生物的生长。