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水体中氨氮浓度过高造成水体富营养化;地下水或饮用水中硝氮浓度超标时对人身健康造成威胁。生物脱氮因其效率高、成本低、二次污染小等特点被广泛应用,新型生物脱氮尤其是异养硝化-好氧反硝化细菌的发现使同时硝化反硝化成为现实,成为脱氮方面的研究热点。而这些处理工艺过程中废水的C/N比都较高,一般在8,而许多废水尤其是地下水或饮用水中只含有少量的碳源,因此寻找一种处理低C/N比废水的处理方法非常有必要。电化学方法尤其是生物电化学系统(BES)的开发由于阴极还原所需的电子可以从外界电极中获得,使阴极处理低C/N比废水能够容易实现,弥补了生物脱氮中碳源不足的劣势。考虑到BES中有机物是能源的提供者,氨氮可作为潜在的电子供体,本文阳极选择含氨氮的有机废水作为电解液,并且选择具有异养硝化性能的微生物作为接种物。利用BES阴极电化学还原优势,在阴极处理低C/N比废水,又由于阳极氨氮的扩散迁移,本文实验中阴极选择能够同时硝化的异养反硝化细菌作为接种菌。本文以焦化厂活性污泥中富集筛选得到混合菌群作为阳极接种菌,将其命名为MAS。以本实验室分离出来的异养硝化-好氧反硝化菌株Acinetobacter sp.Y1作为阴极接种菌。通过构建生物阴极BES,研究阴极不同C/N比条件下的反硝化性能和产电性能,并探究了阴极低C/N比条件下利于阴极反硝化率和产电性能的条件控制和影响因素,既为含氨氮的有机废水提供了处理方法,同时为低C/N比废水脱氮提供了理论依据。以生物阴极MFC为研究对象,主要研究了阴极不同C/N比条件下阴极反硝化情况及系统产电性能,实验研究结果表明:阴极C/N比分别为8、2时,其阴极硝氮降解率分别为98.77%、83.21%,与摇瓶中的培养条件相比分别提高了31%、63%,表明通过生物-电化学耦合作用提高了阴极硝酸盐的反硝化效率。第一次实现了异养硝化-好氧反硝化菌Y1在MFC中的使用,证明了菌株Y1可从外界碳刷电极上获取电子,在MFC中实现低C/N比废水的电化学反硝化。以生物阴极M3C为研究对象,主要研究了阴极在低C/N比时,阴极不同控制电位条件下阴极反硝化情况,实验结果表明:(1)阴极电位的控制范围较广,在-0.1~+0.1 V(vs.SCE)范围内都能促进阴极反硝化;(2)阴极最佳控制电位为-0.1 V(vs.SCE)时,阴极硝氮的最大降解率和去除速度分别为98.28%、49.70 mg/L/d,与阴极不控制电位的对照组相比,降解速度提高了3.7倍。在阴极合适的控制电位条件下,阴极中间产物亚硝氮的积累量在第1 d达到峰值后快速下降至几乎为0。以生物阴极MFC为研究对象,主要研究了阴极在低C/N比2时,影响电池系统降解特性和产电性能的因素。实验研究成果表明:(1)通过电镜扫描图片及降解效果可知不同挂膜方式对MFC系统的启动影响较大;(2)最佳负载电阻为1000Ω,阴极硝氮最大降解率和去除速度分别为83.61%、83.96 mg/L/d,阳极COD和系统氨氮的最大去除率分别为92.43%、76.68%。(3)阴极和阳极最佳底物分别为柠檬酸钠和乙酸钠,此时MFC系统总内阻最小,阴极硝氮最大降解率达99%,最大去除速度达87.71mg/L/d,阳极COD和系统氨氮的最大去除率分别为96.51%、88.21%。(4)两极室导电材料的填充实验表明,在阴阳极均填充导电材料有助于提升降解效率和导电性能,阴极硝氮最大降解率为99.99%,最大去除速度为99.36 mg/L/d,阳极COD和系统氨氮的最大去除率分别为97.0%、95.81%,而且阳极导电材料的填充效果比阴极填充的效果要更佳。