微生物燃料电池（MFC）可以利用阳极微生物的代谢过程和阴极的氧化还原反应（ORR）相结合,从废水有机物中回收电能,是一种具有环保属性的生物电能转化装置。一直以来,以氧气为电子受体的MFC,因其中性环境的阴极ORR性能低效,极大地限制了MFC在实际领域的工程放大应用。过渡金属物在碱性条件下,可以达到媲美铂基催化剂的导电性和电催化活性。而且其价格相对低廉,适宜大规模应用。但是微生物的最佳生长环境是中性环境,存在微生物生长条件和碱性阴极氧还原的矛盾,不利于MFC产电性能的提升。传统的双室MFC使用质子交换膜来隔离阴阳极室,虽然能够实现阴阳极不同的p H范围,但是在离子传递效率和工作稳定性方面存在问题。本课题采用钴基金属氮碳催化剂（Co NCNT-CFP）为阴极,利用双极性膜（BP）、阳离子膜（CEM）和阴离子膜（AEM）分别构建阴极为碱性体系的双室MFC。通过考察MFC产电性能、阳极微生物的种群信息,探索一种性能优异的双极性MFC并应用于采油废水的处理过程中。实验结果表明,BP构建的双极性MFC（BP-MFC）取得最大产电性能,最大输出功率达到460.07 m W/m~2。是传统中性双室MFC（nafion-MFC）最大输出功率（221.78 m W/m~2）的2倍。此外,BP-MFC的库伦效率最高为25.76±0.85%。AEM次之,CEM最差。CEM使得阳极液p H快速下降,抑制了微生物的代谢活动,致使产电能力最差。通过16s RNA测序,BP-MFC阳极微生物拥有最高的生物活性、产电菌的物种选择性和优势种群丰度。说明其对于阳极微生物的菌群驯化有着积极的作用,利于提升MFC产电能力。在成功构建双极性微生物燃料电池的基础上,我们展开了对于油田污水的处理。实验结果表明,双极性MFC相对于传统的中性双室MFC具有显著的优势。BP-MFC获得了最高的原油降解率（91.7±1.9%）,相对nafion-MFC降解率73.6±0.92%有较大提升。同时,在较短的水力停留时间（5 d）获得了高达84.7±4.14%的COD去除率,很大程度上可以提升油田污水的降解效率。