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生物脱氮的传统硝化-反硝化工艺,存在许多问题。除了需要分别在好氧、缺氧两个阶段完成硝化、反硝化之外,反硝化对碳源的依赖,对低C/N废水来说,是一个巨大挑战。在实际脱氮工艺中,往往需要外加碳源,以弥补碳源的不足。如何提高反硝化对碳源的利用率,乃至在单一厌氧反应器内实现硝化反硝化,是污水生物脱氮领域重要的科学问题。微生物电解池（MEC）是电活性微生物（如铁还原菌）参与的阳极氧化耦合阴极还原过程的装置,能够在处理污染物的同时获取能量或进行阴极合成。在微生物电化学系统中,关于阴极反硝化脱氮已经有许多报道。但是,该系统（如MEC）是否能够减少反硝化对碳源的依赖,以及是否可将氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐,进而被阴极还原或者直接参与厌氧氨氧化（Anammnox）脱氮,目前还没有报道。针对这一问题,本文以微生物阳极氧化为主线,分别以阳极对碳源的氧化,耦合阴极反硝化,试图将碳源更集中地用于反硝化；以阳极对氨氮的氧化,耦合阴极反硝化或Anammox,去除进水中的氨氮。在此基础上,分别以缩短水力停留时间,减少其它异养过程对碳源的消耗和以富集铁还原菌为目标的强化阳极氧化,进一步提高脱氮效果。主要研究结果如下：（1）在电极置入厌氧UASB反应器所组成的单室MEC内,考察其对低C/N废水反硝化性能的影响,发现阳极氧化有机物-阴极还原硝酸盐可将碳源更集中地应用于脱氮。0.5 V外加电压于厌氧反应器的碳-碳电极,N03--N的去除率比对照反应器提高了14%；碳-碳电极反应器的COD去除率比对照反应器提高了12%。通过电流计算,阳极库仑效率为18%,这一化学计量与MEC提高的反硝化效果基本一致。由电子流平衡可知,碳-碳电极反应器比对照反应器多去除的乙酸、丙酸和丁酸相当于多产生15.5 mmol/L电子,其中至少80%的电子用于阴极反硝化（其余用于甲烷化）。零价铁作为电极进一步提高了反硝化的处理效果,NO3--N的去除率比对照反应器提高了26%。根据电流计算可知,零价铁作为电极强化了有机物的阳极氧化效果,其阳极库仑效率提高至25%。零价铁-碳电极反应器比对照反应器多去除的乙酸、丙酸和丁酸相当于多产生26.4 mmol/L电子,其中至少85%用于阴极反硝化。零价铁作为反硝化的电子供体可忽略不计（小于总脱氮效果的1%）,然而由Fe0释放的Fe2+被N03氧化成Fe（Ⅲ）,有助于富集铁还原菌,进而增强阳极氧化。变性梯度凝胶电泳（DGGE）和荧光原位杂交（FISH）分析显示,MEC可显著增强反硝化细菌和铁还原菌的富集,尤其在应用零价铁电极时。（2）外加电压能将碳源更集中地用于反硝化,但是甲烷化不可避免地占用了一部分碳源。为此,通过缩短水力停留时间,将厌氧消化控制在水解酸化段,从而减少甲烷化对碳源的利用,提高反硝化效率。结果表明,水解酸化段反硝化速率比厌氧段反硝化速率提升了69.0mg/（Lh）,并且随着水力停留时间的逐渐缩短,外加电压反应器的反硝化进一步得以改善。与厌氧段反硝化的效果相比,在水解酸化段,外加电压使反硝化对碳源的利用率,从19%提高到31%. FISH分析表明,外加电压缓解了水力停留时间对反硝化细菌的影响,并使反硝化菌的丰度增加。（3）在MEC内通过阳极氧化,将氨氮氧化为亚硝酸盐,再与氨氮进行nammox反应,或阴极反硝化,实现高氨氮废水的脱氮。为此,当进水NH4+-N为100mg/L/NO2--N为100mg/L时,以Anammox菌为接种污泥的外加-0.5 V电势反应器,其TN去除率比对照反应器提高12%,通过电流计算显示：阳极氧化消耗的NH4<sup>+-N占NH4<sup>+-N总去除率的18%。维持进水亚硝酸盐的浓度不变,将进水NH4<sup>+-N的浓度从100 mg/L,分别增加到150mg/L和200 mg/L时,外加电势反应器对NH4<sup>+-N去除率的改善（与参比相比）,分别从12%升高到20%,随后降低到18%。这是因为NH4<sup>+-N的阳极氧化依赖于阴极还原,在提高进水NH4<sup>+-N时,阳极氧化所生成的NO2--N不足以充当阴极电子受体,导致NH4<sup>+-N的去除率降低。根据电流可知,阴极反硝化和Anammox分别贡献NO2还原率的19%和81%。FISH和高通量分析显示,外加电势可富集具有传递电子能力的Nitrosomonas europaea细菌,参与电极的氨氮氧化,从而生成亚硝酸盐,提高Anammox过程和阴极反硝化。（4）为提高氨氮的阳极氧化效率,投加Fe（Ⅲ）,通过异化Fe（Ⅲ）还原强化MEC,进一步提高总氮去除率。经过比较Fe2O3粉末、Fe3O4粉末、Fe（OH）3胶体、柠檬酸铁的投加效果,发现加入Fe2O3粉末时,NH4<sup>+-N的去除率最高,可达46%。将Fe2O3粉末投入250 mL的半连续反应器,发现加入Fe2O3的反应器NH4<sup>+-N的去除率比对照反应器提高了48%。但是,有机物抑制了异化Fe（Ⅲ）还原,使NH4<sup>+-N的去除率比无碳源反应器降低了28%。添加Fe2O3的MEC反应器,进一步强化了NH4+的去除,去除率达29%,比未添加Fe2O3的电反应器提高了12%。FISH分析表明,Fe（Ⅲ）的投加富集了铁还原菌,促进了NH4<sup>+-N的异化Fe（Ⅲ）还原,从而加快了NH4<sup>+-N的氧化。同时在外加电压作用下促进了AOB细菌的生长,改善了NH4<sup>+-N的阳极氧化。