微生物膜燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)是一种产生电能的新方法-利用细菌通过生物质产生生物电能。微生物膜燃料电池不仅能产电,因其阳极反应物为有机物,所以还可以进行污水处理。微生物膜燃料电池中微生物膜是其关键组件,微生物膜的性能直接决定着微生物燃料电池的性能,而微生物膜的微观结构直接影响着微生物膜燃料电池的性能。用实验方法研究生物膜内的物质传递不仅成本高、周期长,还很难区分各个影响因素所起的作用。而计算机模拟恰好能弥补这些不足。目前,已有不少有关生物膜内物质传递性能模拟的研究,但是都是基于宏观模型的。宏观模型不考虑生物膜内具体的多孔结构,不能很精确的膜内物质传递,只是简单的通过经验公式或一些平均的经验参数粗略的模拟生物膜内的物质传递。但是,大量研究表明物质在多孔介质中的反应与传递速率与其微观结构有很大的关系。所以,本文中,我们致力于研究生物膜的微观结构。为了建立起孔隙率与物质传质阻力之间较准确的关系,我们根据给定的生物膜平均孔隙率,用Monte Carlo方法重构了不同孔隙率下的生物膜的三维微观结构格点模型,并通过溶剂示踪法计算出了不同平均孔隙率时生物膜内胞外物质传递通路的曲折度。另外考虑到生物膜内生物质会发生团聚,我们建立了一系列团聚的生物膜的三维微观结构格点模型,研究了生物质团聚对生物膜内胞外物质传递通路的曲折度的影响。并且,我们发现随着生物膜的平均孔隙率的增大,生物膜中胞外物质传递通路的曲折度逐渐减小,微生物高效表面数先增大后减小。综合考虑各种因素的影响,微生物膜孔隙率在0.6时,微生物膜结构较合理。