随着现代社会污染问题和能源短缺日益严重,采用传统污水处理方法需要消耗大量能量,并且对不同的废水种类和性质需要分别处置,因此,需要寻求一种效率高、运行费用和能量消耗低、适应性广的污水处理技术。微生物燃料电池（MFC）可以将有机废物中的能量直接转化为电能,具有发电和废物处理的双重作用。但是MFC对简单易处理的污染物处理效果良好,对于一些难降解污染物的处理效果还有待提高,距离实现大规模工业化应用还相距甚远。为了拓宽MFC在难降解污水处理中的应用前景,本文基于微生物燃料电池的原理和相关的研究文献设计了一种双室MFC。在MFC阳极使用实验室保存的光合混菌PB-Z,利用太阳能的协助下处理高COD浓度（12000mg/L左右）的淀粉废水,同时在阴极使用实验室保存的异养硝化菌Alcaligenes sp.C16处理无有机碳源的硝酸盐废水（初始C/N为0,模拟受硝酸盐污染的地下水）。并通过对MFC系统的一系列因素优化来达到缩短反应时间,提高处理效率的结果,实现了太阳能的利用、高浓度淀粉废水和硝酸盐废水（包括低C/N比甚至无有机碳源）的高效同步降解和有机污染物中能量的利用,这为微生物燃料电池在污水处理领域的应用提供一些启发和参考。在电池阴极方面,通过选择最佳外接电阻为500Ω和向阴极添加最佳浓度1 mmol/L的Cu²⁺,提高了C/N比为0时硝酸盐的去除率,同时解决了亚硝酸盐积累的问题。在电池阳极方面,通过确定阳极最佳氮源为氨氮、最佳氮源浓度为6mmol/L、最佳光照条件为连续光照和在阳极室加热搅拌后提高了MFC阳极COD和阴极硝酸盐的去除效果。在改善电池条件的同时,研究了非电池体系中,PB-Z利用淀粉产氢、C16在无碳源时反硝化和电池开路闭路时的去除情况,验证了本文构建的MFC的可行性。在电池运行一段时间后,针对阴阳极菌种的老化,确定了向阴极填充60%v/v的挂膜活性炭和向阳极填充30颗复合菌,完成对MFC菌种的补充和改善。