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生物电化学系统（BES）包括微生物燃料电池和微生物电解池，该方法综合了生物法，电解电离以及电化学氧化/还原的优点，是一种既节能环保又能高效处理废水的技术。实验以甲基橙（MO）为目标物，构建了三种生物电化学系统。研究了双室生物电化学系统阴极还原甲基橙、非均相生物电Fenton系统阴极氧化甲基橙脱色、单室生物电化学系统降解甲基橙脱色的可行性，并对三种BES的脱色效率与产电性能进行了比较。结果表明，以甲基橙为阴极电子受体的双室BES系统中，在初始浓度为100mg/L时，10h时甲基橙的脱色率为78.85%，25h时脱色率为96.76%，BES的最大功率密度为3.4W/m~3。当外加电压后，BES对甲基橙的脱色速率明显提高，当外加电压为0.7V时，10h内甲基橙脱色率增加到92.2%，BES的能耗仅为0.879kWh/molMO。在非均相生物电Fenton系统中，铁源的不同加入方式对BES的产电性能及废水处理效果影响较大。向阴极室投加FeOOH的实验中，在初始浓度为25mg/L时，最大功率密度为3.96W/m~3，10h时甲基橙的脱色率为84.77%。而同样条件下阴极涂覆FeOOH实验中，最大功率密度为5.15W/m~3，10h时甲基橙的脱色率为96.5%。外加0.2V电压，在初始浓度为100mg/L时，10h脱色率为96.6%。无膜的单室空气阴极BES进一步提高了甲基橙的脱色效率和产电性能。在甲基橙初始浓度为100mg/L，以葡萄糖（2000mg/L）为共基质，最大功率密度为11.78W/m~3，在6h时甲基橙的脱色率为94.74%；而以甲基橙为单基质时，甲基橙进水浓度为100mg/L，最大功率密度为6.56W/m~3，9h时脱色率为86.72%，平均电流密度为13.82A/m~3；结果表明，额外添加碳源有利于甲基橙的脱色。本研究利用生物电化学系统（BES）成功的实现了降解甲基橙的同时产电。实验结果表明，三种生物电化学系统对于甲基橙的脱色效果顺序为：无膜单室空气阴极BES>非均相生物电Fenton法>BES阴极还原甲基橙。当BES外加电压后，实现了低能耗的情况下对甲基橙废水的高效脱色。