电极-生物膜法是近年发展起来的一种电化学法与生物膜法相结合的脱氮新工艺，有关电极-生物膜反应器的研究主要是利用阴极产生的氢气对硝酸氮微污染的地下水进行反硝化脱氮，利用电极-生物膜法实现氨氮至氮气的全程脱氮研究还很鲜见。本研究构建了三维电极生物膜反应器，采用人工配置的氨氮及硝酸氮废水对三维电极-生物膜反应器进行了全程脱氮的启动试验；在系统稳定运行阶段考察了C/N、电流和进水氨氮浓度对三维电极-生物膜反应器脱氮性能的影响，并探讨了三维电极-生物膜反应器全程脱氮的机理。　　构建了三维电极-生物膜反应器，阳极为长度25cm，外径1cm的惰性金属钛棒，阴极为高度20cm、孔径为0.144mm的不锈钢网，并在阴阳电极间填充活性炭和玻璃珠混合介质作为第三电极，填充比例为8：2（体积比）。　　三维电极-生物膜全程脱氮的启动过程可分为无电流时的挂膜和通电后的驯化两个阶段。无电流时同步在阳极区培养硝化细菌、阴极区培养反硝化细菌，待系统内有一定的生物量后，通直流电驯化，电流从3mA逐步提升。启动过程中，三维电极-生物膜反应器NH4+-N转化率和TN去除率逐步提高。　　对三维电极-生物膜反应器全程脱氮系统的启动研究表明，在进水NH4+-N浓度为30mg/L、NO3--N浓度为35mg/L、COD为120mg/L，pH值为7、温度为30℃、HRT为12h的条件下，经过36d的培养驯化，在电流为12mA时，三维电极-生物膜反应器NH4+-N转化率达到90％，TN去除率达到76%，成功实现了三维电极-生物膜反应器全程脱氮的启动。反应器阳极区细菌主要呈球状、椭球状、短杆状，推断主要为硝化球菌；阴极区细菌主要呈球状，推测为脱氮球菌，并且存在氢自养反硝化细菌。　　C/N对三维电极-生物膜反应器全程脱氮运行效果的影响研究表明，在进水NH4+-N浓度为30mg/L、NO3--N浓度为35mg/L、电流为12mA、pH值为7、温度为30℃、HRT为12h的条件下，C/N为2、1、0.5、0时，三维电极-生物膜反应器NH4+-N转化率维持在96%左右，TN去除率分别为72%、67%、43%和38%。考虑到实际应用情况和处理成本的限制，确定最佳C/N为1。C/N较低时，有机基质不足，氮的去除主要依赖于氢自养反硝化，脱氮效率较低。C/N较高时，大部分电解产生的氢气供体没有被充分利用就随水流失，降低了电流效率。　　电流对三维电极-生物膜反应器全程脱氮运行效果的影响研究表明，在进水NH4+-N浓度为30mg/L、NO3--N浓度为35mg/L、C/N为1、COD为65mg/L、pH值为7、温度为30℃、HRT为12h的条件下，电流为9、12、15和18mA时，三维电极-生物膜反应器NH4+-N转化率分别为87%、90%、85%、73%，TN去除率分别为67%、75%、74%、78%。电流为12mA时系统的脱氮性能最好。电流较低时，电解产生的氧气和氢气较少，不利于全程脱氮的进行。电流较高时，阳极区的pH有可能会超出硝化细菌适宜的范围，影响硝化作用的进行，进而影响全程脱氮的效果。　　进水NH4+-N浓度对三维电极-生物膜反应器全程脱氮运行效果的影响研究表明，在进水C/N为1、电流为12mA、pH值为7、温度为30℃、HRT为12h的条件下，进水NH4+-N浓度为30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L时，NH4+-N转化率和TN去除率总体呈现小幅降低的趋势，且NH4+-N转化率和TN去除率均较低，分别为51%和40%左右。　　对三维电极-生物膜全程脱氮机理的探讨表明，三维电极-生物膜系统在电解、微生物、活性炭电极、电场等四种因素共同作用下实现了全程脱氮，包括电解与微生物的协同脱氮、活性炭电极在电解作用下对脱氮的促进作用、电场对微生物的作用。　　本论文研究成果为三维电极-生物膜反应器的运行与应用提供了技术支持和理论基础。　　本研究得到国家水体污染控制与治理重大专项课题（2009ZX07104-002）、教育部重大项目（308020）、中央高校基本科研业务费（CDJZR11210002）的资助。