随着城市化进程的加快,城市污水排放总量逐年增加,而相关排放标准日趋严格,因此开发“高效节能”的污水处理技术具有重要的现实意义。电絮凝（Electrocoagulation,EC）技术是一种电化学污水处理方法,具有适用范围广、反应时间短、絮体稳定易分离、污泥产率低、无二次污染等优点,受到研究者的广泛关注。但是其高能耗、电极钝化导致水处理效率降低等缺点限制了其广泛应用。基于此,本论文将金属电池应用于电絮凝技术中,开发了新型金属电池电絮凝反应器,系统考察了不同工艺因素对水中氮、磷、有机物等污染物去除的影响。使用该技术不仅高效的解决了污水中氮磷去除难的问题,且在处理过程中释放电能,极大降低了系统的整体运行能耗。本文首先构建了单室金属阳极空气阴极的电池电絮凝系统,金属阳极分别为铁网和铝网,阴极为辊压式空气阴极。在该系统中,利用金属阳极与空气阴极之间电势差形成电池,电池放电同时产生絮凝剂。实验结果表明:当空气阴极与金属阳极电极间距为2 cm、外阻为10Ω、Na Cl浓度为10 mmol/L、反应时间为30mins的条件下,铁网做阳极的电池可实现98%以上的磷酸盐去除率;当铝网做阳极时,反应50 mins可实现98%以上的磷酸盐去除率,使磷浓度满足排放标准。分析不同参数对除磷效果的影响表明:外电阻和电解液电导率是影响除磷效果的主导因素,降低电池外阻和提高电解液电导率均可使电池电流升高,金属絮凝剂生成速率提高,从而提高絮凝除磷效率。电解液初始p H值对除磷效果影响较小表明金属空气电池电絮凝除磷具备较广泛的适用场景,可实现多种类型废水的处理与净化。基于单室金属空气电池构型,本论文进一步考察了其处理实际生活污水时的效能。在初始p H为酸性（p H=5）、反应时间60 mins、外阻为10Ω时,磷酸盐去除率达到96.6%,浓度小于0.5 mg/L,达到生活污水排放标准。同时,实现了55.6%的COD的去除率以及68.5%的浊度去除率。分析不同运行条件对生活污水处理效果影响表明:当系统以小电阻高电流状态运行时,可实现高效的磷酸盐去除,提高搅拌速率亦利于磷酸盐的去除。另外,铝空气电池表现出了较好的产电性能,在外阻5Ω时,放电电流达到了33.2 m A。本研究详细解析了金属空气电池电絮凝去除磷酸盐的机制,为金属空气电池进一步应用提供了重要的理论依据。为进一步实现氮的高效去除,本论文构建了铁阳极耦合硝化及反硝化生物阴极的金属阳极-生物阴极电池处理系统,充分发挥生物阴极对氮的高效去除效能,实现氨氮与磷的同步去除。实验结果表明:硝化和反硝化生物阴极成功与金属阳极电絮凝系统实现了耦合,硝化和反硝化生物阴极的最大功率密度分别达到6.0W/m3和6.6 W/m3。在该系统中,通过铁阳极絮凝去除了97.4±0.6%磷酸盐以及99.2±0.5%悬浮物质（藻类）,在硝化生物阴极室中,在6.0小时内实现了95.3±1.4%的氨氧化,氨氮主要转化为硝态氮,在反硝化阴极中,运行6小时,硝酸盐去除率为61.0±1.8%,若延长反应时间,10.0小时内实现了88.2±2.5%的硝酸盐还原,主要产物为氮气,上述结果表明铁阳极耦合硝化和反硝化生物阴极的电絮凝过程可实现污水中氮磷的同步高效去除。此外,微生物群落结构分析表明,氧化氨氮的硝化细菌主要包括Acinetobacter sp.,Phycisphaera sp.和Nitrosomonas sp.等,生物阴极上实现反硝化的的优势菌种为Planococcus sp.,Exiguobacterium sp.和Lysinibacillus sp。最后,基于金属空气电池的运行过程可实现产电及产絮凝剂的性能,构建了金属空气电池与微生物电解池（microbial electrolysis cells,MEC）的耦合系统处理废水中的氮磷和有机物。在该系统中,金属空气电池作为MEC的电源,在实现系统内电能自给的同时电池絮凝与MEC共同作用处理污水,提高了出水水质,同时在MEC中实现了污水中部分能量以氢气方式的回收。实验结果表明:以铝空气电池驱动MEC时,MEC可实现模拟废水中75±1%的COD去除,进一步利用电池产生的铝絮凝剂处理MEC出水,其COD去除率可提升至82±1%,同时获得0.19±0.01 m3-H2/m3/d的氢气产率。在利用铁空气电池-MEC系统处理养猪废水时,用电池产生的絮凝剂对养猪废水进行絮凝预处理,实现了对氨氮、COD、SS和浊度的去除,其去除率分别达到54±3%、27±2%、49±1%和34±3%,MEC处理后COD去除效率提升至98±0.2%,同时实现了0.057m3-H2/m3/d的氢气产率。上述结果表明,金属空气电池耦合微生物电解池系统可实现污染物去除的同时,回收能源物质,实现“高效低耗”的污水处理目标。本论文将金属电池用于电絮凝,解决了传统电絮凝能耗高的问题,为污水低碳节能处理提供新的方法和思路。