微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是一种能将水体中有机物中的化学能直接转化为电能的新型微生物装置系统,近些年在废水脱氮处理领域表现出很大的应用潜力而得到广泛的研究与讨论。其中单室MFC更是有着节省材料成本与运行成本、输出功率高等优势,具有极好的废水同时脱氮产电的应用前景。但此应用目前还缺少足够的理论基础与实践检验,针对这种情况,本研究构建了单室空气阴极MFC同步硝化反硝化系统用于去除含NH4+废水中的COD、NH4+-N及总氮等污染物,同时也关注此系统的产能情况。并且全方位地对比了不同COD/N废水在此系统中的处理效果及系统中的微生物群落结构差异。另外,对于含N废水中在生物处理过程中的COD不足的问题,本研究采用廉价农业废弃物碳源—香蕉皮作为本体系的替代碳源以考察其在污染物去除与产能方面的效果,并与传统碳源MFC系统的综合效果与功能微生物群落做对比。研究所得主要结论有:（1）含氮废水的COD/N对单室MFC同步硝化反硝化系统的输出电压影响不大,产电稳定阶段基本都维持在0.57V左右;而处理低COD/N废水的系统由于阴极膜中H+传质阻力小等原因会使MFC内阻减小,从而有更好的电化学性能。（2）废水的COD/N越低,单室MFC对其NH4+-N及总无机N的去除量越高,但去除效果不稳定,同时废水的COD残留越多,这是由于反硝化菌与阳极产电菌对于底物的竞争造成的;同时,阴极生物膜的形成会使得阴极反应产生的OH-积累在膜的200μm深度之下,这会使体系中的p H逐渐降低。（3）处理不同COD/N的废水的单室MFC的阳极群落结构差异不大,阳极始终以Geobacter为优势菌（64.24-67.43%）,但阴极易受COD/N的影响,且大部分的硝化、反硝化菌都生长在阴极区域;另外阴极膜中的反硝化菌丰度会随着生物膜深度降低。（4）替换香蕉皮为替代碳源后会使体系的产能效果较之前以乙酸、葡萄糖为底物时略有降低,而且替换后的系统的产能效果取决于预适应阶段的底物;使用替代碳源能提升体系的NH4+-N的去除率,尽管会减慢COD的去除速度,这是由于香蕉皮是一种缓释碳源造成的。（5）底物种类对本系统中的功能菌群有着决定性的影响,其显著影响了MFC中的阳极产电菌种类;同时底物对系统的阳极群落结构影响要比对阴极群落结构的影响更显著,底物越复杂,阳极群落多样性越差;另外在复杂有机底物系统中,硝化菌、反硝化菌及有机物发酵、水解菌大多都生长于阴极膜中。