微生物燃料电池（MFC）可从废水中回收能量，是一种新兴的环境技术。早期对MFC的研究多集中在如何提高其产电性能方面，随着研究的深入，人们发现MFC的燃料来源广泛，从易降解的葡萄糖、乙酸钠等到难生物降解的苯酚、吡啶等都已被证明可作为其燃料，这提供了一种思路，使得MFC可应用于处理污染废水的领域，但现有研究报道多限于水溶介质中的小试规模，其得到的结论并不适合地下水多孔介质体系。目前地下水硝酸盐污染正在变得日益严重，对其进行处理的技术中较好的是原位修复技术，如原位生物修复技术、渗透性反应墙等。基于此，本文思路是设计MFC装置将其用于模拟原位修复受硝酸盐污染的地下水，研究装置在多孔介质条件下的生物修复功能和产电功能。设计了单室和双室两种大体积MFC装置进行原位修复地下水硝酸盐污染的研究，并对这两种装置的运行参数进行了较为系统的研究，包括地下水中的COD浓度，MFC的外接电阻值，以及地下水pH环境等因素对MFC装置脱氮除碳性能和产电性能的影响。论文得到的主要结论有以下几点：1、结合将MFC应用于地下水硝酸盐污染原位修复的实际情况，设计了单室和双室两种大体积的MFC模型装置。单室MFC装置使用钛基二氧化铅电极作为阴极，埋置于沙子中的两块碳布作为阳极；双室MFC装置采用盐桥来连接阳极室和阴极室，阴、阳极均采用碳布作为电极材料，并测定了MFC模型装置的相关水理参数。研究结果表明该两种装置（特别是单室MFC装置）用于模拟处理受硝酸盐污染的地下水是有效的，为下一步将MFC应用于实际地下水硝酸盐污染原位修复打下基础。2、本研究小组自制的钛基二氧化铅电极，在水溶介质体系的MFC研究中取得了较好的处理硝酸盐废水效果，本文使用多种电化学方法对该电极的电催化性能进行了研究。该电极的循环伏安曲线表明，其自身并没有参与MFC中的反硝化反应，它提高MFC的脱氮和去污能力主要是因为其具有较高的电流响应度；该电极的电化学阻抗谱表明，电极在经过一段反应时间后，其在MFC反应体系里的电化学活性增强，这从机理上解释了MFC要想获得稳定的电压输出，都需要一定启动时间的现象。3、单室MFC装置模型运行结果表明，对目标污染物硝酸盐初始浓度为100mg/L的情况下，该装置可以利用废水中的有机物作为燃料（对应的COD浓度分别为1000mg/L和500mg/L），同步去除水中的有机物和硝酸盐，并获得稳定的电压输出。得出了该单室MFC装置在原位修复地下水硝酸盐污染（地下水中硝酸盐浓度为100mg/L）的最佳运行参数为：水中COD浓度为500mg/L，地下水溶液体系的pH值为7.0，MFC的外接电阻值为800Ω。此时该MFC的去污产电性能表现如下：除碳--最终溢流槽出水口的浓度为212mg/L，COD的去除率为57.6%（实验期间部分时间段COD的最大去除率达到76.2%）；脱氮--在整个运行周期硝酸盐氮数值始终处于非常低的水平，最大值仅有5.15mg/L，亚硝酸氮没有积累，氨氮浓度较大由于硝酸盐异化反应较多所致，同时与缓冲溶液里添加NH4Cl有关；产电--在整个实验运行期间，对外输出电压都相当平稳，最高电压达413mv，实验结束后的电压仍保持在300mv左右，显示了良好的持续和稳定的电压输出性能；最大功率密度为56.36mW·m-2，相应的电流密度为187.68mA·m-2，表明了该单室MFC装置的脱氮除碳和产电性能得到了最佳的统一。4、双室MFC装置在以和单室MFC装置相同的参数运行结果表明，对处理水中目标污染物硝酸盐初始浓度为100mg/L的情况下，该装置去除废水中COD性能和硝酸盐性能较差，同时产电性能也较差。这一方面与该双室MFC运行时间较短有关以外，还说明了该装置的设计和结构尚需进一步的改进。研究了两种装置中硝酸盐浓度随时空的变化关系，为下一步建立实验砂槽装置内地下水体系溶质迁移模型，进行硝酸盐在地下水中迁移机理的理论研究，确定硝酸盐在多孔介质体系中的运移转化规律打下基础。5、利用电化学工作站研究电极在两种MFC装置溶液体系里的电化学行为，利用扫描电镜（SEM）观察了碳布电极上附着的活性污泥生物膜的表面形貌，并用聚合酶链式反应（PCR）、变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术对其中的细菌群落分布进行了研究。电化学研究表明，单室二氧化铅电极在长期运行后电化学活性会降低，双室阳极碳布电极在实验结束溶液体系里的电化学活性增强；SEM观察到单室碳布表面覆盖了厚厚的生物膜，双室阳极碳布被厚厚的一层盖杆状细菌覆盖，双室阴极碳布上基本没有生物膜；细菌研究表明单室碳布生物膜细菌主要是Fluviicola taffensis，Flavobacteriales bacterium，Moraxellaceae Bacterium，Acinetobacter sp，Flavobacterium sp，Janthinobacterium lividum和Comamonadaceae bacterium；双室碳布生物膜细菌主要是Hyphomicrobium sp，Rhodobacter sp，Thermomonas fusca，Thermomonas fusca，Hirschiabaltica，Arcobacter sp和Rhodobacter。研究结果表明，利用MFC装置进行地下水硝酸盐污染原位修复理论上是可行的，只要有性能良好的电极材料和设计合理的装置，MFC技术必将在未来地下水污染原位修复工程实践中发挥重要作用。