偶氮染料具有长期潜在危害，是一种难降解的典型污染物，其无害化处理一直受到人们的重视。甲基橙是印染废水中最具代表性的偶氮染料之一，将其作为典型污染物进行研究，对其它染料的降解性能研究具有普遍的参考价值。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)，作为一种新型的处理废水的生物电化学技术，具有无污染，同时可获得清洁能源的特点。利用该技术可以将废水中的有机物的化学能转换成电能，在降解污染物的同时进行能量回收，因此，该技术具备环保和节能两大重要特性。利用微生物燃料电池处理含有偶氮染料甲基橙等的废水是一直经济高效的方法，因此具有十分重要的理论价值和工程实际意义。
　　本文以闽南地区富含甲基橙的偶氮染料废水为处理对象，采用微生物燃料电池，通过运用微生物学、分子生物学和生物化学手段，实现甲基橙的高效生物脱色。以提高微生物燃料电池的产电能力、降低废水处理时消耗的巨大电能为基本出发点，为了充分利用微生物燃料电池在甲基橙脱色降解过程中产生的电能，设计了一系列的能量收集电路系统，并利用该系统初步实现了为无线传感器模块提供电能。
　　实验使用双室微生物燃料电池，以碳毡为电极材料，将污水处理厂采集的活性污泥接种到不同pH值(3，5，7和9)条件下的MFC阳极中，驯化对四种不同酸碱度具有耐受能力的优势产电菌群，比较微生物燃料电池的启动时间、产电周期、电池内阻、功率密度曲线、COD去除率及库伦效率等产电特性。分析不同pH条件下MFC阳极内的微生物群落及多样性特点。研究结果发现阳极液为pH7的微生物燃料电池内阻最小，最大输出功率密度最大，产电性能最好，最适合微生物生存。
　　同时，从微生物燃料电池阳极电极碳毡中分离筛选得到两株在厌氧条件可以高效脱色偶氮染料甲基橙的菌株，通过不同检测手段研究两株菌的生理生化特性、不同环境条件(pH、盐度、染料浓度)下菌株对甲基橙的脱色效果、降解途径以及菌株的电化学活性。经扫描电镜观察和16SrDNA序列比对分析后，两株菌分别鉴定为少动鞘氨醇单胞菌SphingomonaspaucimobilisSP.A，和弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter-BC.B。菌株SP.A和C.B可用于甲基橙染料废水的处理。菌株SP.A和C.B不仅能够有效脱色甲基橙，同时具备电化学活性，可提高MFC的产电功率输出。甲基橙脱色的原理是由生物降解所致，其降解机制是分子中的发色基团偶氮键发生断裂，C6H6O2S是最终产物。将两株菌及混合菌对甲基橙进行脱色同步产电，对比实验结果发现，同等条件下菌株C.B对甲基橙的脱色率最高，可达96.32%，产电能力也最强；混合菌其次，菌株SP.A最次。说明菌株C.B可作为同步脱色高浓度甲基橙和产电的优势菌株。
　　为了有效利用微生物燃料电池产生的电能，实验设计了一系列的能量收集电路系统。针对单个微生物燃料电池输出电压和功率很低的特性，设计了一种能够在0.3V输入电压、0.5mA输入电流的情况下正常工作的能量收集电路，该电路利用电荷泵控制开关，周期性让储能超级电容进行充放电，以此间歇性驱动传感器负载。此外，实验对比了带负反馈回路和不带负反馈回路的两种方案，能够点亮同一个LED的时间分别为3.76min和3.63min，证明了带负反馈回路的系统能够更有效的利用微生物燃料电池产生的能量。
　　对于直接将多个微生物燃料电池串联后引发的极性反转问题。实验设计了一种将电池串联转化为电容串联的方案，并搭建了相应的电路和系统进行测试、验证。此外，为了适应实际的应用环境，解决基于时序控制电路系统布线复杂的问题，设计了基于自动控制原理的能量收集电路。实验结果表明，两种串联微生物燃料电池能量管理系统均能够有效收集电能，同时杜绝或降低反转现象对输出电压及输出功率的破坏性影响。
　　最后，将设计的能量管理系统用于无线传感器系统中，作为智能传感器的供电电源。实验设计了基于上述能量管理系统驱动的无线温湿度传感器的收发硬件电路、传感器数据采集程序和数据传输程序。实验结果表明，本文设计的系统可以充分应用于无人值守的环境监测领域。