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微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种利用产电微生物同步去除废水中的污染物和产生电能的废水处理技术。单室MFC具有高效低成本脱氮的潜力。针对传统废水生物反硝化脱氮存在效率低和能耗大的问题,本论文以单室空气阴极MFC作为代表性的单室MFC,构建单室MFC反硝化系统,系统研究其产电性能和脱氮性能。单室MFC中同时发生产电和反硝化过程。微生物去除硝酸根和亚硝酸根的COD消耗量分别为4.33 g COD·g-1 NO3--N和2.60 g COD·g-1 NO2--N。当基质浓度高于微生物去除硝酸根和亚硝酸根所需基质浓度时,硝酸根和亚硝酸根导致MFC在硝酸根和亚硝酸根去除过程的电压下降,但不影响MFC在反硝化结束后的稳定电压和最大功率密度。在长期运行过程中,MFC在反硝化结束后的最大功率密度(>25 W·m-3)保持稳定。硝酸根和亚硝酸根抑制部分非产电菌的活性,减少非产电菌消耗的COD,从而可提高MFC在反硝化结束后的库仑效率。单室MFC中硝酸根和亚硝酸根均主要通过反硝化作用被还原为氮气。MFC建立性能稳定的反硝化系统所需时间随硝酸根和亚硝酸根初始浓度提高而提高。阳极初始具有产电生物膜可缩短MFC建立性能稳定的反硝化系统所需时间。闭路和开路下接种和运行的MFC（闭路组和开路组MFC）的硝酸根平均去除速率均随硝酸根初始浓度提高而提高,在2000 mg NO3--N·L-1的硝酸根初始浓度下,闭路组MFC的硝酸根平均去除速率达到12.2±0.6 kg NO3--N·m-3·d-1,高于开路组MFC(7.0±0.2 kg NO3--N·m-3·d-1)和许多传统生物反应器。闭路组和开路组MFC的亚硝酸根平均去除速率均随亚硝酸根初始浓度提高而先提高后降低。当亚硝酸根初始浓度为500 mg NO2--N·L-1时,闭路组和开路组MFC的亚硝酸根平均去除速率均达到最大值,分别为9.0±0.1和5.7±0.1 kg NO2--N·m-3·d-1。当亚硝酸根初始浓度达到1000 mg NO2--N·L-1,MFC的亚硝酸根平均去除速率随MFC运行周期数增加而持续下降,主要原因是游离亚硝酸抑制反硝化菌的活性。闭路组MFC的反硝化速率高于开路组MFC,与闭路组MFC阳极生物膜具有生物电化学还原亚硝酸根能力有关。以硝酸根为处理对象,闭路组MFC阳极微生物群落的主要产电菌和主要反硝化菌分别为Geobacter和Thauera。开路组MFC阳极微生物群落的主要反硝化菌为Azoarcus和Thauera。以亚硝酸根为处理对象,闭路组MFC阳极微生物群落的主要反硝化菌为Thauera,当亚硝酸根初始浓度不高于300 mg NO2--N·L-1和达到500 mg NO2--N·L-1时,主要产电菌分别为Geobacter和Geoalkalibacter。开路组MFC阳极微生物群落的主要反硝化菌为Azoarcus、Thauera和Paracoccus。随着硝酸根和亚硝酸根初始浓度提高,Thauera的相对丰度上升,生物量增加,Geobacter的相对丰度下降,但生物量变化不显著。Thauera易在阳极富集和来自Thauera的nirS相对丰度高也是闭路组MFC的反硝化速率高的原因。闭路组MFC中来自Geobacter、Geoalkalibacter和Thauera的导电菌毛基因的相对丰度高,说明Geobacter、Geoalkalibacter可能与Thauera通过导电菌毛建立互作关系,从而促进Thauera在MFC阳极上富集,加快MFC建立性能稳定的反硝化系统和提高MFC的反硝化速率。