微生物燃料电池以微生物为催化剂,降解废水中的有机物,实现有机废水到电能的一步转化。本论文以增大电池功率密度、降低成本和提高废水处理能力为目的,研究了微生物燃料电池的阳极电子传递机理和电极处理对产电的影响、构建和优化了无膜空气阴极微生物燃料电池和电池组、考察了电池和电池组在有机废水处理中的应用及产电能力。　　 荧光胺标记的电子介体1-羟基-4-氨基蒽醌作为示踪分子,研究了阳极微生物的电子传递机理。标记后的电子介体增大了微生物燃料电池的输出电压,并且能够进入微生物细胞而使细胞内部充满荧光。这一发现首次证实了电子介体能够跨过细胞膜而被还原,说明电子介体能够穿梭于细胞内部和电极表面之间,加速电子从微生物到电极的传递。　　 电化学氧化法处理阳极石墨毡,研究电极修饰对电极活性和电池产电的影响。电化学处理后,生物膜在石墨毡电极上的电化学活性显著提高。处理后的电极可将微生物燃料电池的启动时间从170小时减少到70小时,最大输出电压从420mV提高到560 mV,最大功率密度从967±40 mW/m2增加到1630±50 mW/m2,库仑效率达到从38.4％增大到57.1％。　　 构建了无膜空气阴极微生物燃料电池,对电池的阳极石墨毡数量和阴阳极距离进行优化,发现4块阳极石墨毡和2 cm的阴阳极距离足该电池产电的最佳结构。当电池处理醋酸钠废水时,最大功率密度达到7.6 W/m3,COD去除率为83.6±3.1％,库仑效率为31.8±2.3％。当处理鸡粪废水时,电池的最大功率密度为6.9W/m3,COD去除率达到88.3±2.8％,库仑效率为20.4±2.6％。　　 将25个无膜空气阴极微生物燃料电池串联,组成微生物燃料电池组。电池组的开路电压与内阻分别相当于各个单电池的开路电压与内阻之和。处理鸡粪废水时,电池组的最大输出功率为12.8 mW,相当于把所有单电池的输出功率相叠加。电池组的废水COD去除率为64.1±13％,库仑效率为16.2±3.5％。这说明微生物燃料电池组既能提高输出功率,又能大大提高有机废水的处理能力。