当前我国的环境污染问题十分突出,同时伴随着环境污染而生的能源短缺也同样不容小觑。如果能从污染物中回收资源,或在解决污染的同时产生能源,这将能同时缓解我国的环境污染和能源短缺两大问题。微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC)是一个能将污染转化为能源的先进技术,如果将污染物作为阴极电子受体(如重金属),便可实现两种污染物质同时去除并产生电能,因此可以利用MFC技术处理重金属废水。本文针对改进MFC启动时间长,或因产电不够稳定、处理重金属速率低下等问题,采用串并联的研究手段,研究了串并联的运行模式下MFC的产电性能以及对重金属的去除效率。实验结果如下：(1)通过间歇并联的连接模式成功加速MFC的启动速率。从开始启动时对照组要经过10天后才会产生较低的电压(100 mV以下),但间歇并连运行的MFC,在并联阶段的最大电压可达到467 mV,在解除并联后的第三天电压开始呈现出上升趋势,基本间歇并连15天后实验组的MFC电压趋于稳定,在15天时,不再实施间歇并连,电压仍然能够达到持续稳定在170±3 mV,在本研究中所使用的双室MFC(阴极电子受体不同)使用间歇并联的模式可以将启动时间缩短5-7天左右。(2)通过对同种浓度和pH下的三种化学阴极进行比较筛选(KMnO4、 K3[Fe(CN)6]、K2Cr2O7),KMnO4以其较低的生物毒性和较高的产电效率,成为串联阶段电源补给MFC的阴极电子受体。并进一步对KMnO4阴极运行条件进行优化,pH为3时KMnO4-MFC电压随着KMnO4浓度的增大(浓度依次为0.5,1.0,2.0 g/L)而增加。(3)通过KMnO4-MFC与Cu-MFC串联,前者产生的较高电压为后者提供电压和功率补给,加速处理含铜废水过程并获得额外电能。二者串联能够明显加快Cu-MFC对Cu2+的回收速率,串联时Cu2+的回收率可达98%,24 h回收率可达91.7%,与单独Cu-MFC相比速率提高一倍。二者串联后,在加速铜回收过程的同时还能获得额外的电能,其最高输出功率可达143 mW；(4)通过使用间歇式无功率输出并联模式,加速重金属污水在MFC阴极的去除。阳极在序批式培养模式下,可弥补因电压动力不足造成的重金属去除效率低下的问题,通过间歇并联后的MFC重金属20 h内去除率提高了1.75倍。经过间歇并联后的MFC,恢复串联10 h后的重金属平均去除率便可达到67%,串联时间达到20 h时,Cu2+、Zn2+、Cd2+三种重金属离子的去除效率分别达到91.5%,86.7%,和83.57%,未经并联模式的对照组MFC运行20 h处理效率仅达到52.1%。运行70 h后,重金属平均去除率可达98%及以上。EIS扫描结果显示,与单独的MFC相比,在并联条件下的阳极具有更低的液界电阻,且随着并联时间的增加,阳极的生物电容也随之增加。