好氧颗粒污泥（Aerobic Granular Sludge,AGS）是一种利用微生物自凝聚形成的颗粒状活性污泥,具有不易发生污泥膨胀、沉降性能好和生物量高等优点,但在长期面对低碳源或含毒害物质废水时,仍存在出水总氮高、曝气成本高和颗粒易解体等问题。微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是近年来广受关注的一类新兴的碳回收和碳利用装置,借助电活性生物膜将化学能转化为电能,以实现能源回收,在难降解有机物处理方面具有独特优势。因此,将MFC运用到AGS工艺中,MFC的除碳过程促进了AGS的硝化能力与颗粒凝聚,而AGS高曝气条件为MFC提供充足的电子供体以增强产电效果,利用MFC去除有机物的潜力和AGS优质的脱氮能力相结合,协作共赢以实现耦合工艺同步除碳脱氮产电的研究。基于此,本研究围绕MFC耦合AGS工艺,为探究耦合体系的耦合机理,强化去除总无机氮（Total Inorganic Nitrogen,TIN）效果以及含毒性有机物下运行工况,研究了耦合体系深度除碳脱氮的运行特性,评价了污泥性质在反应中的变化,确定了阳极生物膜和AGS在耦合系统中优势菌群和功能微生物,为进一步优化实验条件和改善出水水质提供理论依据。主要内容和结论如下:1.构建了双室MFC耦合AGS反应器,阴极室接种AGS,以实现阳极除碳产电阴极曝气脱氮的目标。稳定阶段运行80天,该系统的COD和NH4+-N去除率分别为95.4%和98.6%。MFC的平均输出电压为170 m V,而最大功率密度测定为33.2m W/m2。由三维荧光-平行因子模型（EEM-PARAFAC）数据显示,溶解性微生物产物（SMP）主要由两种荧光成分组成,蛋白质样物质的荧光评分变化明显,呈先从0.15升高至0.32后下降至0.12,再升高至0.41,最后出水阶段下降到0.08,而腐殖酸类和黄腐酸样物质的荧光评分含量趋于稳定。微生物16Sr RNA高通量测序结果表示,Geobacter属占比从0.2%富集至20.3%,作为电活性生物膜主要菌属增殖产电,而Nitrospiraceae属占比从0.2%升高到14.5%,在AGS中作为脱氮的优势硝化菌属富集生长。2.设计内置固体缓释碳源PBS的浸没式MFC组件耦合AGS体系,以实现对TIN去除的强化效果。设置MFC组件的AGS体系记为AGS-M,而无MFC组件的AGS反应器作为对照,记为AGS-C。稳定运行85天,AGS-M和AGS-C中NH4+-N去除率均达到100%,但AGS-M与AGS-C的TIN去除率分为84.4%与35.4%。MFC的平均输出电压为223.7±14.8 m V,而最大功率密度测定为59.6 m W/m2。胞外聚合物（EPS）的三维荧光光谱图（3D-EEM）和化学定量分析表明,LB-EPS中,AGS-M与AGS-C的PN和PS含量相差不大,但TB-EPS中,AGS-C的PN和PS含量分别比AGS-M高12.1%和37.5%。PBS的加入促进了Thauera属（16.2%）在MFC阳极生物膜的富集。作为硝化菌属,Nitrospira属在AGS-M和AGS-C分别占比1.8%和1.1%,而Nitrosomonas属占比均为0.5%。3.设计浸没式MFC耦合AGS反应器,处理以环丙沙星（CIP）作为毒性有机物的模拟废水。设置MFC组件的AGS体系记为AGS-M,而无MFC组件的AGS反应器作为对照,记为AGS-C。在加入0.5 mg/LCIP后,AGS-M受到冲击但快速恢复,而AGS-C抑制后未能恢复,NOB受到持续抑制,亚硝酸盐积累率达到22.6%。MFC输出电压始终维持在280-290 m V之间,但最大功率密度在加CIP前后分别为97.9和85.9 m W/m2。EEM光谱和化学定量分析表明在加入CIP后PN和PS均显著增加,LBEPS和TB-EPS中AGS-C的PN增幅均是AGS-M增幅的3倍,而PS约为2.3倍和11.4倍。AGS-M与AGS-C的颗粒污泥平均粒径分别为1863.7和1429.9μm。qPCR分析显示,阳极生物膜,AGS（M）和AGS（C）的抗性基因（qnr S基因）拷贝数分别为543.1,882.8和2183.0 copies/g,表明MFC生物膜对抗性基因截留具有重要贡献。微生物高通量测序结果表示,Comamonadaceae属在AGS-M和AGS-C中占比为17.3%和43.8%,作为CIP耐药属在AGS中逐渐富集,而Corynebacterium属和Rhodococcus属分别作为耐药产电菌与耐药降解菌在MFC阳极占比19.2%和11.2%增殖发电。