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偶氮染料废水具有高色度、高COD、水量大、成分复杂、可生化性差、对环境危害大等特征,是国内外公认的难处理工业废水之一。前期研究发现,在微生物燃料电池（MFC）阳极可以有效实现偶氮染料刚果红脱色。但目前生物电化学系统（BES）离实际应用还有很长的距离,努力提升系统的产电效率以及污染物处理效率,不断降低反应器的构造成本与运行成本一直是本领域研究的重点。本研究对BESs进行了电极和构型的改进,构造了固定化电子介体修饰阳极微生物燃料电池（MFC）和无膜生物阴极微生物电解池（MFMEC）,提升系统产电和偶氮染料刚果红脱色的效果,开展相关工艺和机理研究,以期为BESs的改进以及处理偶氮染料提供技术支持和理论依据。虽然在MFC对刚果红脱色的过程中添加电子介体可以有效地提高产电和脱色性能,但批式运行中,电子介体会随着更换基质溶液而流失。为了解决这个问题,本实验采用电沉积法在石墨毡的表面上固定电子介体核黄素（RF）和腐殖酸（HA）,构造负载有不同电镀量电子介体修饰阳极（0.5C RF,0.5C HA,1.25C RF和2.5C HA）的空气阴极单室MFC用于刚果红的脱色与产电系统。CV显示修饰后的阳极峰电流更高,且随电镀量增大而增大。相比于装载空白石墨毡阳极的MFC,装载有0.5C RF,0.5C HA,1.25C RF和2.5C HA修饰阳极的MFC具有更为优异的电催化活性,EIS显示0.5C RF和0.5C HA阳极MFC的电子传递阻抗分别是425.3Ω和323Ω。当介体浓度提高至1.25C RF和2.5C HA时,电子转移阻抗可进一步降低至258.5Ω和155.5Ω,远低于空白电极的阻抗（452Ω）。功率密度与极化曲线结果表明,0.5C RF,0.5C HA,1.25C RF和2.5C HA修饰阳极MFC的内阻与空白对照相比分别降低了31%,34%,44%和49%,最大功率密度分别提高了20%,21%,40%和66%。装载2.5C HA和1.25C RF修饰阳极MFC使刚果红在16h内的脱色效率达到了86%和75%,高于空白对照组的70%。SEM显示,电子介体修饰阳极上存在明显的电子介体晶体,修饰阳极上的电子介体晶体增大了活性表面积从而加速了电子传递,有利于系统产电和刚果红脱色。MFC运行后的阳极表面有大量菌落附着,表明修饰阳极适合微生物生长。MFC好氧阴极无法对偶氮染料进行脱色,但MEC阴极严格厌氧,为脱色提供了基础条件。本实验构建了批式运行的无膜生物阴极微生物电解池,用于考察对刚果红的脱色效果。通过调节外加电压（0 V,0.3 V,0.6 V,0.9 V）来检测不同电压下MFMEC的脱色性能。通过将MFMEC与无膜电解池（MFEC）的比较来判断微生物在脱色过程中的作用。通过测量阴极电势,EIS以及系统电流变化来分析MFMEC的电化学特性及其与脱色的关系。结果表明,装载生物阴极的MFMEC将获得比MFEC更低的阴极电势。MFMEC的电荷转移电阻为5.21Ω,远低于有膜MEC（43.59Ω）。外加电压0.3 V,0.6 V和0.9 V时,24h内MFMEC的脱色效率几乎相同且稳定,分别为87.9%,85.1%和86.7%,而不加电压时脱色效率仅为69.6%,且相同条件下的MFEC脱色率都小于10%。在不更换MFMEC溶液的情况下,第2周期和第3周期时刚果红的脱色率显着提升,比第1周期高出25%,从第4周期开始脱色效果出现了下降。在有膜MEC中,投加葡萄糖时阴极脱色速率为6.67 mg·L-1·h-1,分别为投加Na HCO3时阴极的1.2倍(5.56mg·L-1·h-1)、投加葡萄糖的MEC阳极的1.3倍(5.17 mg·L-1·h-1)。刚果红脱色的主要降解产物是由偶氮键断裂而产生的联苯胺。当外加电压较大（0.6 V或0.9 V）时,会发生副反应生成CH4,从而限制了脱色率的进一步提高。共基质作用和接受来自阴极的电子都是MFMEC中刚果红脱色的主要机理。生物阴极能加速电子传递,且承担了部分脱色的作用,膜的去除对MFMEC体系的电化学性能有所提升,并有利于阴阳极室溶液的流通。