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能源危机和环境污染是困扰21世纪人类发展的两大瓶颈，因此环境友好型可再生能源的开发和利用成为科研工作者重要的研究方向之一。微生物能源转化技术是可再生能源的一种，具有将废水中有机物蕴含的化学能转化为可被人类直接利用的能量，因而受到了全球科学家们的广泛重视。虽然微生物能源转化技术一般具有底物适应性强、清洁无污染、原料成本低和效率高等优点，但由于微生物生化转化过程中产物抑制问题的存在使得此技术的性能和污水处理效率仍然不尽如人意。针对微生物生化转化过程产物的抑制问题，本文选取了两种典型的微生物生化转化技术－－生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）和光合制氢作为研究对象，首次利用单室MFC对底物pH的调节作用，分别构建了光合产氢－MFC耦合系统和双室－单室MFC耦合系统。其中构建的光合产氢－MFC耦合系统同时实现了光合制氢、产电和废水的连续处理，并提高了系统的功率密度，COD去除效率和能量回收效率；构建的双室－单室－双室MFC系统实现了下游MFC性能的大幅提高以及系统功率密度和COD去除效率的有效改善。本文得到的主要结论如下：1)成功构建并启动光合产氢－MFC耦合系统。以葡萄糖为底物、连续流方式实现了系统产氢、产电。相对于独立的光合产氢反应器和MFC，有效提高了废水处理效率和能量回收效率。研究了底物浓度和流速对光合产氢－MFC耦合系统性能的影响。研究结果表明，光合产氢反应器和MFC最佳性能时的工况不同，使系统能量回收和废水处理效率呈现出不同的特性。底物浓度和流速对耦合系统的功率密度和能量回收效率影响较大，而对COD的去除效率影响较小。当底物浓度为6.0g·L-1，流速为40mL·h-1时，耦合系统的功率密度最大，可达到6.13×105J·m-3·h-1，而当底物流速为10mL·h-1，底物浓度为4.0g·L-1时，耦合系统的能量回收效率最佳，为11.2％。2)构建的光合产氢－WCMFC耦合系统相对于光合产氢－MFC耦合系统，电池性能得到有效的改善，废水处理效率和能量回收效率均得到不同程度的改善。不同底物浓度时，耦合系统中光合产氢反应器与WCMFC最佳性能时浓度不同，当底物浓度为4.0g·L-1，WCMFC的最大功率密度最大，为2.79×105J·m-3·h-1，是MFC在底物不同浓度时最大功率密度的1.6倍。而耦合系统最大功率密度在底物浓度为6.0g·L-1时，最大功率密度为6.79×105J·m-3·h-1。当底物流速为60mL·h-1时，耦合系统中光合产氢反应器与WCMFC均达到最佳性能。此时，WCMFC最大功率密度为3.33×105J·m-3·h-1，耦合系统最大功率密度为6.79×105J·m-3·h-1。底物浓度和流速对耦合系统COD的去除效率影响较小。当底物浓度为4.0g·L-1，流速为20mL·h-1时，COD的去除效率最大，为77.8%。而能量回收效率在底物流速为10mL·h-1，底物浓度为4.0g·L-1时最佳，为11.73％。3)利用单室MFC的pH调节作用，将单室MFC接入双室MFC电堆中，达到连续调节双室MFC电堆中流动的培养基pH的目的，当在双室MFC的上游接入单室MFC时，由于单室MFC对底物pH的调节作用，SD系统中双室MFC的性能在pH为5.5～8.5的范围内均高于DD系统中的双室MFC。也正是由于单室MFC对底物pH的调节作用，被DSD系统中D1电池利用后的酸性底物在进入D2电池前被调节成中性，使得D2电池的性能仅略低于D1电池。而对于DDS系统，由于进入D2的酸性底物pH没有调节，因此D2电池仅为D1电池性能的55.5％。将DDS和DSD中的两个双室电池D1和D2进行串联和并联并组成电堆，待系统稳定后对电堆性能以及COD去除效率进行考察后发现，虽然两系统在小电流密度放电时性能差异不大，但是当电流继续增加时，无论是以串联或并联形式组成电堆，DSD系统的电池性能还是COD去除效率均高于DDS系统。