对于环境中重金属废水，通过生物电化学系统进行处理，在去除重金属离子的同时，还会产生氢气，甲烷等清洁能源，是一种很有发展前景的处理方法，主要是利用阳极的产电微生物，以污水中的污染物作为营养物质，通过自身的新陈代谢活动，产生电子并传递到阴极，重金属离子得到电子发生还原反应，从而得以去除。然而，对于目前，重金属离子监测的方法有很多，其中发展很好的是生物传感器，其原理是利用一种生物敏感元件，对于浓度变化，产生相应的电信号，进行检测的仪器，通过由固定化的生物敏感元件作为识别元件，还需要一种将这种电信号进行放大分析的理化转换器，来完成整个识别过程。本课题的研究，就是探索，生物电化学系统在去除重金属离子的同时，不需要任何理化转化器，通过产生的电信号，致力于生物传感器的监测应用。　　本实验，主要以单室的微生物燃料电池(SMFC）和单室的微生物电解池（SMEC），改变进水中重金属离子的浓度，通过一系列电化学数据的检测，来观察其对应电化学指标的变化趋势，解析作为生物传感器的标准曲线，在后面还会进行传感器的优化，具体内容如下：　　（1）第一部分先是通过两类反应器的启动驯化，在SMFC中，当反应器启动成功，电压维持在0.6 V左右，向系统中加入1 mg/L的含铜溶液进行驯化，在此过程中，测量一些电化学和物化数据，待反应器稳定运行后，改变进水中铜离子的浓度，来观察电化学数据的总体变化趋势；对于SMEC这部分，由于SMEC是完全厌氧状态，需要对反应器进行密封处理，而且SMEC是需要外加电源（0.3 V），处理的重金属离子是氧化还原电位相对较低的镍离子，在驯化阶段加入2 mg/L的含镍溶液，在此过程中，测量一些电化学和物化数据，待反应器稳定运行后，通过改变进水中镍离子的浓度，来观察电化学数据的总体变化趋势。　　（2）第二部分是对上面的电化学数据进行解析，得出 R2值最大的解析曲线，作为传感器的标准曲线，用于定性定量的分析。在SMFC反应器中，通过改变Cu(II)溶液的浓度，得出电化学方面的响应，分为电压、电流密度、功率密度、阳极电位、阴极电位，其中电压和浓度呈现线性的规律，其余的指标处于x2的规律；在SMEC反应器中，通过改变Ni（II）溶液的浓度，得出电化学方面的响应，分为电压、电流密度、功率密度响应，大体的规律与SMFC类似。　　（3）最后一部分，就是对于传感器监测条件的优化以及阳极微生物群落结构的分析，其中 SMFC传感器，进行参数的优化，其中包括 COD、pH、缓冲溶液PBS等，得出最优的监测条件如下：进水 COD=800~1100 mg/L， pH=6~6.5， R=800~1000Ω，PBS=100~120 mM。SMEC传感器也不例外，进行COD、pH等参数的优化，得出最优的监测条件如下：进水COD=800~1100 mg/L，pH=5.5~6，外接电压=0.4~0.5 V。无论是SMFC/SMEC反应器，通过对反应器阳极进行微生物群落结构的分析可以得出，阳极生物膜上在门纲目科属水平上的分类种类，以及其在各个分类上的优势菌群，其中属中以Geobacter为主，对于产生电子以及污染物的去除起到重要的作用。