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生物电化学系统是利用吸附在任一或者两个电极上的微生物催化氧化反应(生物阳极)或(和)还原反应(生物阴极)的生物电化学反应器，理论上是一种能够实现从污水中回收能量的技术。
当微生物将底物氧化，还原阳极，产电，这样装置就成为了微生物燃料电池;反过来，如果对系统施加低压产生还原产物，这种装置就成为了微生物电解池。这节先介绍MFCs。
微生物燃料电池(MFCs)是通过微生物的新陈代谢作用产电。在新陈代谢的后阶段，电子会沿着细胞膜传送到终的电子受体，一般为在氧化情况下的氧气。而在微生物燃料电池里，细菌将它们的电子传到胞外的一个阳极上，然后电子通过外电路从阳极流向阴极，从而形成电流。
过去微生物燃料电池很难处理低浓度污水，但专家们说他们已经发现了能够处理COD在150-200mg/L的案例。在高浓度的情况下(3,000 mg/L)，反应器会变成厌氧状态。因此，从COD的范围来说它已经适用于典型的市政污水。
专家们认为MFCs有可能的应用是在进入二级处理前的COD去除工艺，优点是减少曝气量，或者作为厌氧反应器的预处理。另外它也可以作为厌氧消化的替代工艺，这样就不用担心甲烷排放造成的风险。
但是，专家认为这项技术依然处理应用研究的阶段，目前存在的技术问题包括电极的效率和生产设计、使用真实污水的应用、规模升级、改进长期运行的表现和寻找低压应用等。商业方面的挑战包括电极等设备成本、缺乏中试规模的示范项目、后续营养物的去除等。要使MFCs变得更加有竞争力，单位面积的电流需要达到2/㎡，电极要变得更加易于生产，成本需要小于100-150美金/㎡，而总资本支出要低于500美金/㎡。整合藻类生物质能的脱氮技术
用污水种植藻类(algae)、微藻(microalgae)和浮萍(duckweed)可能是取代现有脱氮除磷的替代方法。因为有许多种藻类可以从低浓度的水体中吸收营养物，甚至有潜力应用到深度处理中使营养物浓度降到非常低的水平。
有专家认为藻类养殖是非常有潜力实现能量盈余的回收营养物的方法，同时它比现有的强化生物除磷和硝化/反硝化方工艺更有潜力满足日后更严格的出水标准。而这个技术能否能够得到推广的关键因素在于能否能从中生产出有价值的物质，专家们列出了一下可能性：
高附加值的产物，例如鱼类饲料或者食品增补剂
增加用于产能的碳源。跟传统的曝气工艺不同，藻类工艺不会把污水中的碳流失掉变成二氧化碳;相反，它通过光合作用可以生成更多的生物质，终为下游的产能发电工艺提供更多的有机质(例如厌氧消化或者制造生物燃料)
碳信用。因为藻类处理技术有潜力使曝气能耗大大降低，同时增加更多的生物质供发电所用，它能作为碳信用在碳交易市场创造更多价值。
A/O及A²/O工艺
A/O是Anoxic/Oxic的缩写它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理。所以A/O法是改进的活性污泥法。
A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=24mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸使大分子有机物分解为小分子有机物不溶性的有机物转化成可溶性有机物当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化，有机链上的N或氨基酸中的氨基游离出氨NH3、NH4 在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N、NH4 氧化为NO3-通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮N2完成C、N、O在生态中的循环实现污水无害化处理。
根据以上对生物脱氮基本流程的叙述可以知道(A/O)生物脱氮流程具有以下优点； (1)效率高。该工艺对废水中的有机物氨氮等均有较高的去除效果。当总停留时间大于54h经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀可将COD值降至100mg/L以下其他指标也达到排放标准总氮去除率在70%以上。
(2)流程简单投资省操作费用低。该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源。尤其在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后碳氮比有所提高在反硝化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。
(3)缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率。如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%酚和有机物的去除率分别为62%和36%故反硝化反应是为经济的节能型降解过程。
(4)容积负荷高。由于硝化阶段采用了强化生化反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度与国外同类工艺相比具有较高的容积负荷。
(5)缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。当进水水质波动较大或污染物浓度较高时，本工艺均能维持正常运行，故操作管理也很简单。通过以上流程的比较不难看出生物脱氮工艺本身就是脱氮的同时也降解酚、氰、COD等有机物。结合水量、水质特点。我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮(内循环)工艺流程使污水处理装置不但能达到脱氮的要求而且其它指标也达到排放标准。
好氧颗粒污泥技术作为近几十年来新开发的污水处理技术，通过微生物的自凝聚作用使得好氧污泥颗粒化，使絮状活性污泥成为颗粒状。与普通活性污泥相比具有不易发生污泥膨胀、污泥含量高(可达到10g/L)、沉降性能好、抗冲击负荷能力强、抗有毒有害物质侵扰、容积负荷率高、节地节能等特点。经过近几十年的实验室和中试研究，在工业污水处理领域已经有较成熟的应用，近年开始已经在非洲、欧洲多地城镇污水处理厂开始了应用。 新建的好氧颗粒污泥系统独立平行于原有的AB法主处理工艺，由Royal HaskoningDHV公司设计，采用其Nereda®技术，该技术以SBR方式运行，一个典型运行周期示意如图3所示，1为同时进出水(下进上出)，2为曝气反应，3为沉淀。主要原理为：总体上，通过控制沉淀时间、进水时间、进水流速等在反应器中形成并控制选择压，来促进好氧颗粒污泥的形成、生长和稳定;在厌氧进水条件下，从反应器底部进水，同时出水由反应器上部溢流堰溢出，易生物降解COD在颗粒床中被聚糖菌(GAO)和聚磷菌(PAO)在体内讯速吸收储存为聚糖类(PHA)等高分子聚合物，使得一般异养菌在厌氧条件下由于得不到氧而无法生长，同时聚磷菌释放正磷酸盐并强化聚磷菌在颗粒污泥中成为优势菌种;进水阶段结束后，反应器进入曝气阶段，由于大部分易降解碳源已被吸收，一般异氧菌得不到碳源仍无法生长，而在厌氧阶段储存有PHA的菌种得到较好生长，硝化菌在颗粒污泥表面进行氨氮的氧化，颗粒污泥粒径所造成的溶解氧浓度梯度、传质机制、结构特征等造成了局部的缺氧环境而产生同步硝化反硝化，同时厌氧条件下释放的正磷酸盐在好氧条件下被聚磷菌大量摄取，聚磷菌等之前摄取储存的PHA碳源在曝气阶段被缓释为各类反应提供部分碳源，从而使反硝化菌、硝化菌、聚磷菌等菌种协同工作，实现在反应器中同步去除COD、N和P;在曝气结束后，反应器进入沉淀阶段，被各菌种利用的COD、N、P等部分以细菌本体的形式随颗粒污泥的增长或以矿化物的形式积留在颗粒污泥内部而被留在反应器内、部分在出水时以剩余污泥的形式被排出反应器。 | 
