含氮化合物排放量的显著增加严重影响地表水环境质量。传统的脱氮技术处理低COD/N比（＜5）污水需要外加碳源,不符合低碳理念。微生物燃料电池（Microbial fuel cells,MFCs）基于电活性微生物催化电极反应,能够实现污染底物的去除。由于其可持续性、强污染物去除能力和低污泥产率,已成为一种备受关注的新型低能耗水处理技术。但是生物电化学脱氮速率远低于传统生物脱氮技术,因此需进一步研究如何提高MFCs生物阴极的脱氮速率,同时MFCs强化脱氮的途径与机制尚不明确。本文针对适应低COD/N比污水的5.6 L三阳极微生物燃料电池（Three-anode microbial fuel cells,3A-MFCs）系统,分别考察了系统构造、阴极进水条件对长期运行时系统的产电性能和污染物去除特性的影响,优化系统的结构和运行条件。从生物阴极的电化学特性污染物去除特性、微生物群落、功能基因表达及功能酶活的角度,解析了生物阴极脱氮途径,量化了弱电场和有机物对脱氮的贡献,提出了弱电场对硝化和反硝化过程的影响机制,为生物电化学强化低COD/N比污水脱氮提供理论依据和方法,主要结果和结论如下:（1）综合考虑系统产电特性、脱氮效能、经济性,以及长期运行性能得到较优的构造为采用碳毡和质子交换膜的3A-MFCs系统为较优的构造,同时最佳运行条件为:阳极进水COD浓度为1150 mg·L-1,阴极DO浓度为0.7±0.1 mg·L-1,阴极进水p H为7.0,COD/N比为3.5,有机物为Na Ac,初始氨氮浓度为65 mg·L-1。此时系统的PMD和OE分别为327.1 m W·m-3和39.2 m W·h;氨氮和TN的去除效率分别为84.8±5.6%和81.6±4.7%。（2）阴极有机物削弱了系统的产电性能,降低了与硝化有关的AMO和NOR酶活以及部分功能基因（pmo ABC和hao）的丰度,减低了氨氮去除效率;但增强了与反硝化有关的Nar和Nir酶活以及部分功能基因（nar GH,ncd2,npd,nas A,hcp）的丰度,显著提升了系统的脱氮效能。弱电场增加了生物阴极中与硝化和反硝化有关的菌属（Candidatus＿Nitrotoga和unidentified＿Nitrospiraceae;Geobacter和Bacteroides）和功能基因（pmo ABC,nir K,nar GH,ncd2,Npd,nas A,nir K,hcp）的丰度,以及功能酶活（AMO,NOR,Nar,Nir）,增加了生物阴极电自养反硝化途径的同时强化了硝化和反硝化过程。阴极有机物对脱氮效果的贡献大于弱电场。3A-MFCs系统脱氮途径包括微生物同化作用、传统硝化反硝化过程和电强化硝化反硝化过程。（3）外加-400 m V阴极电势降低了硝化速率,但外加-200 m V、+200 m V和+400 m V则提高了硝化速率。+400 m V恒电势培养的生物阴极中Nitrosomonas（AOB）和unidentified＿Nitrospiraceae（NOB）分别占比5.2%和12.4%,分别是开路组的3.5倍和1.3倍,AMO和NOR酶活分别是开路组的4.8倍和2.2倍,氨氮的去除速率(16.1±0.1mg·L-1·d-1)是开路组的1.8倍。（4）外加-400 m V、-200 m V、+200 m V和+400 m V阴极电势均提高了生物阴极的反硝化效率,其中越低的恒电势强化效果越强。-400 m V恒电势条件有利于微生物的附着而形成生物膜,生物阴极中利用固体阴极电极电子的电自养反硝化最少占总反硝化的34.1%,最多占64.5%,相关功能菌属为Thauera（54.6%）。其中反硝化菌生物膜与固体阴极电极之间的电子传递方式主要依赖于直接的电子转移,并且存在至少2种电活性成分,可能与Nar和Nir有关。此外,与反硝化有关的Nar和Nir酶活分别是开路组的3.4倍和1.8倍,TN去除效率和去除速率(83.3±5.7%和7.8±0.6 mg·L-1·d-1)均为开路组的4.5倍。综上,处理低COD/N比污水的3A-MFCs系统在优化的构造及运行条件下,实现了最佳的产电和脱氮性能,脱氮途径包括微生物同化作用、传统硝化反硝化过程和电强化硝化反硝化过程。其中传统硝化反硝化过程对系统脱氮的贡献更大,电强化硝化反硝化过程不仅包括增加了电自养反硝化过程,还包括弱电场对微生物活性（生物量、功能菌群和基因丰度、功能酶活）的强化作用。