近年来,含氮污染的水体越来越多,造成了较严重的环境污染。其中,氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮会影响水生生物的正常生活,对周围环境造成严重影响,人类长期摄入,甚至会危及生命。微生物电化学技术具有绿色、环保、高效等优点,已广泛应用于水处理方面。微生物电化学系统与三维电化学系统结合可以提高其产电性能和污染物去除效果,具有较好的发展前景。本文实验研究包括三个部分:第一,构建三维电极微生物燃料电池,研究其污染物去除效果及产电性能;第二,构建生物炭三维电极微生物燃料电池,研究填充不同形式生物炭对系统产电性能及污染物去除效果的影响,并探究氮的反应途径;第三,构建微生物燃料电池-三维电极微生物电解池耦合系统,探究运行方式、微生物燃料电池供给电压及进水硝酸氮浓度对其去除硝酸氮的影响。主要结论如下:（1）一定范围内,COD浓度越高,三维电极微生物燃料电池系统产生的电压、功率密度越高。当COD浓度为2575 mg·L^-1时,产生的最大电压可以达到275 mV,最大功率密度为22.4 mW·m^-2。（2）三维电极微生物燃料电池系统对不同稀释浓度的啤酒生产废水进行处理,当进水COD浓度为1968 mg·L^-1时产电效果最佳,其产生电压为280 mV,功率密度为24.2 mW·m^-2,同时其对COD的去除效率最高,可达到93.5%,而对氨氮的去除效率为42.5%。（3）生物炭三维电极微生物燃料电池具有较高的产电性能和氮污染去除效率。氧化镁改性生物炭三维电极微生物燃料电池产生的功率密度最高,为182mW·m^-2,同时表现出最长的电压持续时间,为23 h。三维电极微生物燃料电池的功率密度(96¹82 mW·m^-2)高于未添加生物炭的微生物燃料电池(52.4mW·m^-2)。（4）通过SEM和EDS等表征手段可以看出,氧化镁改性生物炭和生物炭均具有较丰富的孔道结构,其中氧化镁改性生物炭表面还附着一些氧化镁纳米颗粒,为微生物提供更多的附着位点,从而更好的提高了三维电极微生物燃料电池的性能。对COD、氨氮、总氮等指标的去除能力大小为:氧化镁改性生物炭三维电极微生物燃料电池系统>生物炭+沸石三维电极微生物燃料电池系统>生物炭三维电极微生物燃料电池系统>传统二维微生物燃料电池系统。微生物燃料电池内发生短程硝化作用和反硝化作用,污染物的去除主要依靠微生物的作用,吸附作用所占比例很小。（5）对于硝酸氮的去除,微生物燃料电池-三维电极微生物电解池耦合系统间歇流运行方式比连续流运行方式去除效率高9.8%。当微生物燃料电池供给电压为0.9 V时,微生物燃料电池-三维电极微生物电解池系统对硝酸氮的去除效率最高。对于低浓度硝酸氮污染(小于20.6 mg·L^-1及COD/N大于5:1),微生物燃料电池-三维电极微生物电解池系统和断路三维电极微生物电解池系统均可利用异养反硝化作用对其达到较理想的去除效果。对于相对较高浓度的硝酸氮污染(大于等于20.6 mg·L^-1及COD/N小于等于5:1),微生物燃料电池供给0.9 V电压对三维电极微生物电解池系统反硝化去除硝酸氮有较大的促进作用。