21世纪全球面临的难题之一是如何解决能源和资源的短缺。环境生物技术的研究重点是开发从废水或废弃物中回收化学品以及电能的有效生物反应途径。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一个利用产电菌从底物获得电能的新方法,也是目前从废弃物或废水中回收能量的最直接方法,具有极大的研究价值和发展空间。在构建沉积型MFC(Sediment MFC, SMFC)的基础上,分别从MFC结构、阴极溶液条件和阳极微生物方面展开SMFC的产电特性研究,同时探讨所构建SMFC体系处理蓝藻的可行性。主要研究内容结合结果如下:(1)构建以来源于UASB厌氧反应器的颗粒污泥作为阳极接种微生物,磷酸缓冲液为阴极溶液的沉积型MFC是可行的,颗粒污泥中的产甲烷微生物对产电微生物有竞争抑制作用,加入3%体积浓度氯仿可以有效地提高产电量,启动45天内,所构建的SMFC的功率密度由3.0 mW/m2上升至14.1 mW/m2,加入蓝藻后的SMFC产电功率密度达5.7 mW/m2,表明沉积型MFC具有利用蓝藻产电的潜力。(2)阳极电极面积对SMFC产电功率密度影响较大,阴极面积影响程度较小,综合考虑将电极直径选择为80 mm;所构建的SMFC最佳电极间距为70 mm;阴阳两极最佳的泥水体积比例为1: 1;砂纸打磨可增大电极表面积,阴阳两极同时打磨可提高SMFC产电功率密度;装置的高径比对产电同样有影响,高径比较小的装置产电功率密度更高。通过优化电池结构使SMFC产电功率密度增加50%。(3)阴极液性质对SMFC产电影响很大,自然状态下溶解氧水平满足不了系统产电需要,通过曝气和添加其他强氧化电子受体可以有效提高系统产电水平;阴极离子强度和pH值对产电影响符合电化学能斯特方程动力学;整体上而言,系统产电水平越高的情况下其内部电阻越低,内阻反映的是从产生电子到通过负载所有的阻力之和。通过优化阴极溶液,SMFC产电功率密度最高达373.0 mW/m2,内阻最低降为112 ?。(4)由于受到阳极传质速率的制约,在SMFC中葡萄糖和乙酸钠产电效果无明显区别,葡萄糖在阳极区域先被氧化成有机酸再被最终氧化成二氧化碳;产电微生物对温度较敏感,温度过低和过高都影响产电微生物活性和系统产电能力;在阳极污泥中加入少量电子传递中间体,系统产电有所上升,表明在实验体系中同时存在直接和间接两大类产电微生物产电途径;通过电镜照片可以发现,运行后阳极表面生长一层生物膜,微生物群落发生了显著的变化,产电较好的污泥中杆菌的数量多于球菌。