生物电化学系统能够将生物的电化学活性和降解功能结合,可利用电极去除一些具有氧化性或还原性的污染物,已逐渐成为一种新型的废水处理技术。生物催化电解技术作为生物电化学系统的一种形式,仅需外加较小电压,即可加速污染物氧化还原过程,减小电子供体需求,在污染物降解方面更具有潜力和开发价值。我国纺织印染行业废水量大、面广、治理难,尤其是偶氮染料脱色难、易复色等问题亟待解决。本研究提出采用生物催化电解技术对偶氮染料进行降解,并针对强化偶氮染料降解过程中存在的关键问题进行研究,取得了一些创新性的研究成果。针对降低反应器内阻,提出并构建了一种套筒型生物催化电解装置,用于强化偶氮染料还原脱色。利用双室和单室两种型式证实了套筒构型装置的优越性。在双室套筒型生物催化电解装置中,当阴极液中酸性橙浓度由50 mg/L增至700mg/L时,偶氮染料的脱色可以高达98%,可以实现染料的预处理,并在脱色效果和反应动力学上具有明显优势,耐负荷高。在单室套筒型生物催化电解装置中,构型的差异性实际是以电极排布方式的不同来展现,当改进水平式电极排布为环绕式电极排布时,偶氮染料在11h时的脱色率从87.4±1.3%升高至97.5±2.3%,同时内阻由236.6Ω降至42.2Ω。结果表明优化电极排布方式为环绕式可加快脱色效率,尤其是在生物催化电解装置中表现最明显。改进生物催化电解装置构型为套筒型,阴阳极电极距离减小,阴阳极相对面积增大,电荷传递面积增大,有利于内阻的降低,而内阻的降低有利于电子传递,最终实现了偶氮染料的高效脱色,这对利用生物催化电解技术降解偶氮染料具有非常重要的意义。针对反应器构型优化,以阴极为工作电极,深入探讨了工作电极放置在套筒的内筒或外筒的脱色规律,建立了外筒阴极强化脱色过程的组装模式。当阴极室和阳极室的体积相同或阴极室体积增大2倍时,工作阴极在套筒构型的外筒效果均优于内筒,外筒阴极室的脱色率分别为97.8±2.1%(7 h)和94.0±2.3%(23 h)。电流和内阻分析表明阴极置于外部区域更有利于质子或电子传递。采用增加底物供应策略,有效克服了放大工作体积存在的电荷传递和扩散阻力大的问题,改善了外筒工作阴极体积放大化的生物催化电解装置的脱色性能。这对于套筒构型的选用及工艺优化和维护具有非常重要的意义。为了强化偶氮染料的厌氧脱色效能,提出构建生物催化电解厌氧耦合工艺,将套筒型生物催化电解模块内置于厌氧工艺的新思路。研究表明,生物催化电解模块对厌氧工艺具有增效作用,耦合工艺的脱色动力学常数为0.54 h-1,比单一的生物阴极的0.39 h-1高1.4倍,比单一厌氧活性污泥的0.01 h-1高54.0倍。其中生物催化电解模块对偶氮染料脱色起主导作用,厌氧活性污泥对化学需氧量去除有重要作用。将生物催化电解模块内置厌氧工艺可发挥生物催化电解模块和厌氧工艺各自的优势,对于偶氮染料降解具有非常重要的意义。为了充分发挥耦合工艺中生物催化电解模块和厌氧工艺的协同作用,以提高偶氮染料的降解效率,对生物催化电解装置和厌氧工艺的运行参数进行系统优化。研究发现,生物催化电解模块对厌氧工艺降解增效的最佳优化方式为：阴极1/4浸泡于污泥,采用螺旋形布水方式,采用先流经电极区再进入污泥区的下降流进水方式,此时100 mg/L和300 mg/L酸性橙的脱色效率分别为95.3±1.7%和79.4±2.9%。这些结果对于提升生物催化电解装置和厌氧工艺的协同作用具有重要的启示价值。