微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）能够在去除水中污染物或者气态物质的同时实现产电,已经越来越受到人们的关注。应用MFC去除废水中有机物、硫化物以及硝氮等的研究已有广泛报道,然而用MFC去除气态底物（如氢气、甲烷等）的研究却鲜见报道。厌氧甲烷氧化（Anaerobic Oxidation of Methane,AOM）型MFC可以缓解温室效应,同时产生电能。但是之前关于AOM型MFC的研究均采用化学阴极,这可能带来潜在的经济以及污染问题。以反硝化生物阴极代替MFC的化学阴极,可解决化学阴极的成本问题以及可能带来的污染问题。然而,反硝化生物阴极AOM型MFC的可行性亟需验证,性能也需探究。本研究构建了反硝化厌氧甲烷氧化MFC（Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation MFC,DAOM-MFC）。完成DAOM-MFC的启动和恢复后,研究了p H、缓冲溶液和温度对MFC基质去除以及产电性能的影响,之后从宏基因的角度对DAOM-MFC阴极以及阳极的微生物群落以及生化代谢机制进行了研究。最后,采用微量热法研究了反硝化电活性微生物的生长代谢特性。最终得出了以下结论:（1）采用阴极接种反硝化MFC的阴极液、阳极接种AOM型MFC的阳极液的方式,DAOM-MFC在92天内完成了启动。启动成功之后,阳极甲烷去除量达到0.43±0.01 mmol/周期,硝氮去除负荷达到771.5±21.5 mg N/（m~3·d）,总氮去除负荷稳定在141.4±20.1 mg N/（m~3·d）,产电量达到26.37±0.34 C/周期,阳极库仑效率为8.01±0.2%。（2）受疫情影响,DAOM-MFC停滞运行了较长一段时间。通过补充甲酸来恢复DAOM-MFC,在88天内MFC重新达到了稳定。重新稳定后,阳极甲烷去除量达到了0.42±0.02 mmol/周期,硝氮去除负荷为551.0±22.1 mg N/（m~3·d）,总氮去除负荷为64.0±18.8 mg N/（m~3·d）,产电量达到了22.42±1.29 C/周期,阳极库仑效率为6.99±0.2%。最大功率密度在外阻为3000Ω时取得,达到了219.86m W/m~3,最大电流密度为0.88 A/m~3,在外阻为600Ω时取得。（3）DAOM-MFC的最适宜p H为7,过高或过低的p H均会导致MFC基质去除与产电性能的降低。在碱度3000 mg/L的碳酸盐缓冲溶液（Bicarbonate Buffer Solution,BBS）、50 mmol/L的BBS和50 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液（Phosphate Buffer Solution,PBS）中,50 mmol/L PBS缓冲的情况下,DAOM-MFC的性能最佳。DAOM-MFC的运行最佳温度为30℃,过高或过低的温度均会导致MFC性能的降低。一定的温度范围内,低温（10℃、20℃）对DAOM-MFC性能的影响较高温（40℃、50℃）大。（4）DAOM-MFC阴极微生物主要是反硝化微生物与电活性微生物,阳极微生物主要是甲烷营养型微生物和电活性微生物,阳极古菌主要为产甲烷古菌。阴极同时存在传统反硝化和同化硝氮还原,且阴极主要发生的是硝氮还原为亚硝氮的反应。氢型逆产甲烷途径、乙酸型逆产甲烷途径、甲基型逆产甲烷途径可能同时存在于DAOM-MFC的阳极室中。（5）反硝化电活性微生物在BBS缓冲情况下,电极电势为-100 m V、温度为30℃时的代谢活性最佳,此时电活性微生物的生长速率常数为k1=0.0051±0.0004 min-1、k2=0.003±0.0004 min-1,世代时间为G1=137±10 min、G2=235±30 min,总放热量为6.54±0.52 J,比代谢速率为2.2±0.08×10-10 mg N-NO3-/min/个,比产热量为0.47±0.04×10-5 J/个,终产物主要是气态氮。控制阴极电势为-100 m V,温度为30℃的情况下,BBS与PBS相差不大,BBS可用来代替PBS。