电极生物膜法脱氮技术较传统生物脱氮技术而言，具有脱氮效率高、操作简便、产物清洁等优点，适合处理低C/N的氨氮废水和硝态氮废水。本论文在设计优化三维电极生物膜反应器的基础上，研究了反应器启动阶段的微生物挂膜与驯化过程、及其脱氮性能，探讨了电化学作用和在反应器中填充第三电极对系统脱氮性能的影响。本论文首先构建了一个三维电极生物膜反应器：金属钛棒为阳极，活性炭纤维毡为阴极，活性碳颗粒为第三电极，阴阳极区之间采用醋酸纤维膜分隔。反应器中阳极区的好氧环境发生硝化反应，阴极区的缺氧厌氧环境发生反硝化反应。在启动电极生物膜反应器的过程中，控制进水NH₄⁺_-N浓度为30mg/L，pH维持在7.8左右，温度为30℃，运行周期24h，经过100d的培养驯化，在电流为30mA时反应器阴极区出水氨氮转化率达到62%，TN去除率为59%，出水NO₃^--N浓度小于1.0mg/L，无NO₂^-_-N累积，成功实现了三维电极生物膜反应器全自养脱氮的启动。实验过程中电极生物膜反应器的运行受电流强度影响较大，电流强度改变会直接引起反应体系中的DO和pH环境的变化。反应器成功启动后，提升进水氨氮负荷，研究该系统处理氨氮废水的能力，再将进水由氨氮转换为硝态氮，研究系统处理硝态氮废水的能力。结果表明，在电流强度30mA的条件下，当进水NH₄⁺_-N浓度小于70mg/L时，出水氨氮转化率能达到85%以上，总氮去除率大于70%，硝态氮含量略有上升；当进水转换为浓度为30mg/L的NO₃^-_-N时，反应器运行24h，NO₃^-_-N去除率达到75%，无亚硝态氮积累，具有较好的脱氮性能。实验中在最大有效电流强度为30mA的条件下，反应器电流效率能达到200%以上。在运行稳定的三维电极生物膜系统中，电化学作用和第三电极作用对其脱氮效果影响显著。电化学实验结果表明，在处理氨氮废水时，前2h受电化学氧化作用影响较大，2h后电化学氧化作用影响减弱，改为由生物作用影响起主导，2h后的氨氮去除反应为一级动力学反应。经电化学实验结果分析，在本实验控制运行条件下电化学氧化去除氨氮占电极生物膜法总去除的8%左右。电极生物膜反应器在处理硝态氮废水时，受电化学还原作用影响不显著，但能观察到较明显的电场迁移作用，阴极区硝酸根离子在电场作用下迁移至阳极区，导致阳极区NO₃^--N浓度上升。经统计分析，电场迁移作用所引起的阴极区出水硝酸盐浓度的降低，约占电极生物膜反应器处理硝酸盐废水总去除量的6%。此外，第三电极研究实验结果表明，在反应器阴极区填充第三电极能提高系统脱氮性能50%左右。其影响主要表现在：增大了反应器中电极的比表面积；增加了附着微生物量；有效阻隔氧气从阳极区传递到阴极区；调节系统的pH环境；提高反应器的电流效率和单位时空产率。反应器中第三电极即每个活性碳颗粒在外加的电场环境中都能形成一个微小的电解池，氧化还原反应可在颗粒两端同时发生，有利于总氮的去除。