随着水环境容量的减小和水资源短缺的日益严重,我国不断提高城镇污水处理厂出水水质标准。目前,很多污水厂出水总氮（total nitrogen,TN）难以稳定达标,造成这一现象的原因有很多,其中很重要的一点是污水厂进水碳源不足导致反硝化不完全。外加有机碳源不仅会增加污水处理成本,而且还有可能造成二次污染,同时也会给污水厂后续的污泥处理处置带来困难。硫酸盐是污水中常见污染物,厌氧条件下硫酸盐还原菌将硫酸盐还原为硫离子,而这种内源性硫离子可作为电子供体进行自养反硝化,可有效减少出水TN,这样在水处理过程中不仅可以利用原位产生的物质,同时还能解决污水处理过程中污泥产生过多的问题,具有潜在的工程应用价值。基于此,论文以微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）为研究对象,揭示了阳室混养反硝化MFC中硫离子强化反硝化潜能,探究了基于硫酸盐还原的生物阴极反硝化及其对COD/SO42-的响应,最后阐明了硝酸盐对MFC反应器中硫酸盐还原影响,并从电子平衡、微生物群落和功能基因等方面揭示其影响机制,为进一步挖掘污水厂中硫自养反硝化潜能提供理论基础。主要研究结果如下:（1）阳室混养反硝化MFC中乙酸盐和硫离子去除率高达100%,硫酸盐为硫离子氧化的主要终产物,生成率高达66.93%到73.76%,且硫代硫酸盐为硫离子氧化的主要中间产物。硫离子氧化产生的电子主要进行产电和反硝化,最大功率密度为40.60 m W/m2,硝酸盐去除率在92.37%以上。硝酸盐的去除是在硫自养反硝化和异养反硝化共同作用下完成的,硫自养反硝化对硝酸盐去除贡献率为6.35%-73.25%,而异养反硝化对硝酸盐去除贡献率为20.54%-86.02%。电子平衡分析表明硫离子和乙酸盐氧化产生的电子在反硝化和产电二者之间重新进行了分配,随进水硫离子浓度增加氧化产生的更多电子流向电极用于产电,而随进水乙酸盐浓度增加氧化产生的更多电子被用于反硝化。因此,调节进水硫离子和乙酸盐比例有助于更好利用硫自养反硝化。（2）硫离子来源于硫酸盐还原,硫离子在氧化过程中产生的一部分电子会直接传递到电极进行产电,并没有被用于反硝化,而在MFC阴室中,微生物可利用阴极电流作为电子供体进行硝酸盐还原,因此,硫离子氧化传递到电极的电子能进一步被利用而强化反硝化。（3）阳室进水COD/SO42-会影响硫酸盐还原和生物阴极反硝化效能。进水COD浓度增加有利于提高产甲烷菌对碳源的竞争,随进水COD/SO42-从0.44增加到1.11,产甲烷菌消耗的电子流增加,而硫酸盐还原菌消耗的电子流降低,因此阳室中硫酸盐还原菌活性降低,而产甲烷菌活性增强。电子平衡分析结果表明,随阳室进水COD/SO42-增加,MFC系统外电路电量增加,提高了生物阴极反硝化效率,但阴室中硝酸盐去除率仅从22.46%上升到了26.47%,这主要是由于硝酸盐并没有进行完全反硝化,而是以亚硝酸盐和N2O形式积累在出水中。（4）硝酸盐对硫酸盐还原有明显抑制作用,随进水硝酸盐浓度从0mg/L增加到84mg/L,平均硫酸盐去除率从35.24%下降到了3.82%。加入硝酸盐后,反硝化过程中产生的亚硝酸盐会抑制硫酸盐还原菌的活性,硫酸盐还原菌在与反硝化菌争夺电子供体过程中始终处于不利地位,经过长时间竞争后这些硫酸盐还原菌逐渐被淘汰,最终使得硝酸盐对硫酸盐还原产生明显抑制。但硝酸盐的加入并不会永久抑制硫酸盐还原菌活性,停止投加硝酸盐后硫酸盐还原活性可以恢复。（5）微生物对MFC反应器中污染物去除和转化起重要作用。在高硫离子浓度时,严格自养反硝化菌Thiobacillus为绝对优势菌属,在低硫离子浓度时异养反硝化菌Arenimonas显著富集,但无论是在高硫子浓度还是在低硫离子浓度时,Xanthomonadaceae、Pseudomonas和Azoarcus等兼性反硝化菌丰度高,是促进硫离子完全氧化生成硫酸盐的主要功能菌群。此外,基于KEGG的PICRUSt微生物群落功能预测结果表明,硫完全氧化功能基因Sox对硫离子更敏感,其丰度随进水硫离子浓度降低而下降,而Sqr基因丰度基本不受硫离子浓度影响。随阳室进水COD/SO42-增加,阳极生物膜中Desulfobacter和Desulfococcus等硫酸盐还原菌丰度下降,而Methanosarcina和Methanosaeta等产甲烷菌丰度升高,阴极生物膜上形成了以电流为唯一电子供体的自养反硝化菌Thiobacillus,其丰度从67.30%增加到了79.70%。q-PCR分析结果表明反硝化功能基因nir K丰度明显高于nos Z,这可能是造成体系中N2O积累的原因。加入硝酸盐后促进了Arenimonas、Paracoccus和Thauera等异养反硝化菌成为优势菌属,而对完全氧化型硫酸盐还原菌属Desulfococcus产生明显抑制,其丰度从5.97%下降到了0.17%。