高铵废水作为常见的工业生产废水,在皮革加工、页岩气开采以及煤加工等过程中大量产生,如未经处理直接排放则会对人体健康以及自然环境产生极大危害。铵仅由N、H元素组成,是高能量密度无碳存储载体。运用生物电化学方法,将废水中铵作电子供体被微生物转化为氮气,同时具有回收清洁能源氢气的潜力。探索高铵废水生物电化学厌氧铵氧化脱氮与同步产氢的机制,可以为发展高铵废水处理新技术提供理论依据和参考,其所产生氢气在推进清洁能源使用方面也具有重要意义。本文首先用厌氧铵氧化颗粒污泥接种微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）培养厌氧铵氧化生物阳极。其次,构建微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell,MEC）培养产氢生物阴极。最后,将培养的生物阳极与生物阴极耦合成双生物电极的厌氧铵氧化脱氮同步产氢MEC（CO-MEC）,评估其脱氮产氢性能以及微生物学机制。主要结果如下:（1）在厌氧铵氧化微生物燃料电池（Anaerobic Ammonium Oxidation MFC,ANAMMOX-MFC）中直接去除亚硝酸盐,出现菌体变黑、自溶现象,MFC无法稳定运行。当模拟废水中氨氮浓度为200 mg N/L时,以梯度减少亚硝酸盐方式培养23周期可获得以电极作为电子受体的厌氧铵氧化生物阳极。以铁氰化钾作阴极时,ANAMMOX-MFC生物阳极总氮去除率可达到71.02±5.17%,周期产电量可达8.17 C。循环伏安法测试分析表明阳极的氧化还原反应或与细胞色素C参与胞外电子传递过程有关。交流阻抗分析测定铁氰化钾阴极ANAMMOX-MFC培养结束后生物阳极电荷转移内阻分别为17.71±0.74Ω和7.76±0.22Ω。空气阴极ANAMMOX-MFC经23周期培养后,生物阳极总氮去除率在30%至40%之间,周期产电量可达4.96 C。作为电子介导体,2-羟基-1,4-萘醌、中性红、核黄素均可改善生物阳极产电情况,其中核黄素效果最优。（2）分别以甲酸盐、乙酸盐为底物构建Formate-MEC与Acetate-MEC培养电活性阳极生物膜,Formate-MEC库仑效率优于Acetate-MEC,可达到57.47%。在生物阳极极性反转为生物阴极后,CO2、p H均为影响生物阴极产氢的关键因素。在CO2以15 m L/min流速曝气30 min、p H=4条件下,Formate-MEC组得到更优的产氢速率（99.86 m L/L·d）,且不同p H条件下Formate-MEC组产氢的法拉第效率均在60-70%之间,优于Acetate-MEC组与非生物组。交流阻抗分析测定Formate-MEC产氢驯化结束后电荷转移内阻为47.07±1.23Ω、4.72±0.01Ω。线性扫描伏安法测试表明,生物阴极产氢驯化有利于增加阴极电化学活性、促进产氢。（3）CO-MEC在运行的第6周期实现了阳极厌氧铵氧化脱氮和阴极产氢的耦合。进水氨氮浓度保持在200 mg N/L时,两反应器运行稳定后阳极总氮去除率分别为38.62±6.14%、35.67±4.50%;产氢速率分别为83.67±6.39 m L/m~3·d、62.37±13.75m L/m~3·d,产氢法拉第效率分别为2.92±0.45%、3.93±0.73%。交流阻抗分析测得耦合运行结束时生物阳极的电荷转移内阻为23.03±0.40Ω、10.64±0.51Ω,生物阴极的电荷转移内阻为72.00±6.27Ω、10.92±0.47Ω。生物阳极中厌氧铵氧化菌Candidatus.Kuenenia相对丰度由20.80%增长到30.50%成为优势菌属,在依赖电极作电子受体的厌氧铵氧化生物电化学脱氮中有重要贡献。生物阴极富集到了典型的电活性微生物Geobacter,具有产氢性能的Hydrogenophaga相对丰度可达到30.72%,在生物阴极产氢中发挥了重要作用。