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人工湿地—微生物燃料电池（CW-MFC）是近几年出现的一种新型污水处理及产能系统。目前关于CW-MFC的研究处于初级阶段,主要研究某一种或两种因素对其产电性能和有机物去除的影响。基于目前CW-MFC的研究现状,本文构建了生物阴极型单室升流式垂直潜流CW-MFC小试装置,对CW-MFC的运行特性及运行优化进行了深入研究以提高其污水处理性能,以期为CW-MFC处理生活污水提供可靠的理论分析和试验数据支持。主要研究结果如下。水力停留时间是影响CW-MFC去除有机物和氮磷的最重要因素;出水回流比和阴极区域DO浓度通过共同影响CW-MFC内部DO分布而影响其有机物去除和脱氮;外接电阻对CW-MFC的产电特性具有极其显著且决定性的影响,并通过影响系统输出电流而影响CW-MFC中有机物和氮的去除,以及其温室气体CO2、CH4和N2O的排放;CW-MFC产电的主要途径是系统阳极上所附着的产电微生物直接将产生的电子转移到阳极,系统填料中石墨颗粒体积比主要通过影响CW-MFC阴极区域整体好氧环境下的缺氧/厌氧微环境而影响其TN去除;环境温度显著影响CW-MFC的有机物去除、脱氮、产电量和温室气体排放。MFC通过促进阳极产电微生物降解有机物而显著提高CW的CODCr去除率（提高7.5%15.0%）,同时产电微生物与产甲烷菌竞争有机物,减少了CW22%37%的CH4排放量;MFC通过使硝酸盐在阴极协同作为电子受体而显著提高CW的TN去除率（提高9.6%17.8%）,并减少了CW 18%39%的N2O排放量;MFC减少了CW脱氮过程中对有机碳源的依赖,进水C/N=3可使CW-MFC的TN去除率>90%、还可使其温室气体总排放量最低（4.17g CO2当量/m2·d）;填料的物理化学作用是CW-MFC系统除磷的主要途径。通过正交试验并结合机理分析得到的有利于CW-MFC污水处理性能的综合运行优方案为:系统填料表面5cm处（阴极区域）石墨颗粒（或其它具有发达孔隙结构的填料）体积比≥10%、系统阴极区域DO浓度1.5mg/L、水力停留时间1.5d、出水回流比50%、外接电阻≤250Ω,在该方案下系统CODCr、氨氮、TN、PO43--P和TP平均去除率高达88.23%、88.33%、90.91%、88.53%和87.04%;基于正交试验结果通过逐步回归法得到的污染物降解统计回归模型对CW-MFC在不同运行条件下的污染物去除率具有较好的预测效果。