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随着现代重工业的发展,电镀、金属冶炼、石油工业、农药生产等行业均会产生大量含铜废水,若不经处理直接排放到环境中会产生巨大的危害。电化学法操作方便、不产生二次污染、高效快速,可直接回收金属铜,但电解法能耗高,处理高浓度废液时尚可产生较为可观的经济效益,但是电流效率随着浓度的降低而降低,这限制了电解法在低浓度废水处理中的推广应用。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是利用微生物的新陈代谢作用将化学能转化为电能的装置,用MFC产生的电流可以代替电解法处理含铜废水技术中的传统电源,解决了电解法处理含铜废水能耗过高的问题。实验构建双室MFC反应器,以模拟有机废水为阳极基质,以厌氧活性污泥为阳极菌种,以硫酸铜废水为阴极液,考察电极、膜、负载和温度等运行参数对MFC产电性能的影响。结果表明:活性炭/石墨棒为电极材料的MFC产电性能最高,功率密度最大6.9 m W·m-2。电极距离为2 cm时MFC功率密度最大48.4 m W·m-2,MFC的产电性能随电极表面积的增大而增大。使用美国杜邦质子交换膜的MFC产电性能最高,MFC产电性能随膜的面积的增加而增大。MFC的外阻不断增大,MFC的输出电压随之提高,输出电流则不断减小。25℃时MFC产电性能最强,MFC的最大功率密度为4.8 m W·m-2。实验考察了MFC阳极有机废水处理及其产电性能,分别以1000 mg·L-1的蔗糖溶液、1000 mg·L-1的乙酸钠溶液、1000 mg·L-1的六次甲基四胺溶液为阳极燃料,结果表明:乙酸钠为阳极燃料时MFC产电性能最高,MFC产电性能随阳极液浓度的增加而提高。添加磷酸盐缓冲溶液大大提高MFC的产电能力,最大电流密度达到4.44 m A·m-2。MFC对阳极室废水COD的去除率达到60~80%左右。使用显微镜、透射电镜观察阳极生物膜,发现阳极液中存在着菌胶团、原生动物、微型后生动物等。实验考察了MFC对模拟含铜废水的处理效果,构建了双室MFC,分别以5000 mg·L-1的Cu SO4溶液、5000 mg·L-1的Cu Cl液、5000 mg·L-1的 Cu(NO3)液为阴极液,结果表明:Cu SO4溶液为阴极液时MFC产电性能最高,MFC产电性能随阴极液浓度的增加而提高。阴极室中Cu2+去除率可达80%~92%。阴极板上红褐色沉积物经XRD检测,主要为单质铜和Cu2O的混合物,Cu2+含量可达74%~85%左右。实验构建了5种构型的MFC装置——SMFC、H型MFC、矩形MFC、U型MFC、双室无膜折流板式MFC,SMFC的产电性能最好,H型MFC的产电性能最低。5种构型的MFC均可有效处理含铜废水,但SMFC无法回收铜,利用扫描电镜观察沉积物表面形貌主要为花状和树枝状,铜粉的平均粒径为1000 nm~2000 nm左右。实验分别构建间歇流MFC与连续流MFC,连续流MFC产电性能略优于间歇流MFC。实验以铜渣浸出液为阴极液成功启动MFC装置,最大功率密度为1.33 m W·m-2,阴极液中Cu2+的去除率达到88.5%。