氯酚作为重要的有机中间体，用于合成杀虫剂、杀菌剂、除草剂以及木材防腐剂等，被广泛地用于工业与农业中。然而由于氯酚自身的芳香环结构和C-Cl键，氯酚在环境中表现出难生物降解性和持久性，对自然水体产生严重污染。因此很多国家将其列为优先控制污染物，并对其排放标准作了严格的规定。与此同时，氯酚废水的处理技术也受到越来越广泛的关注。一般来说，好氧生物处理技术能够高效去除废水中大部分的有机污染物。但是由于4-氯酚对于微生物的毒性，因此单独利用好氧生物技术难以使得硝基苯废水达标排放，特别是当废水中4-氯酚浓度较高时，很多微生物将由于中毒而死亡，使得整个处理工艺崩溃。因此目前对于4-氯酚废水的处理方法有铁碳内电解法，电化学直接还原，以及厌氧生物降解。然而这些工艺都呈现出了共同的问题，即高效率与低成本难以调和。针对这一难题，探索将生物电化学系统应用与4-氯酚废水处理的可行性。生物电化学系统(BESs)是指利用电化学活性菌催化阴极或阳极反应的电化学系统，主要以微生物燃料电池(MFCs)和微生物电解池(MECs)两种方式运行。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，被认为是一种新的可持续性及高效的废水处理技术。本文利用BESs成功的实现了低能耗情况下废水中4-氯酚的高效降解，并且不产生二次污染问题。首先构建空气阴极单室型BESs系统，在空气阴极单室型微生物燃料电池中，以醋酸钠及不同浓度的4-氯酚为混合基质，其最大输出功率及4-氯酚的去除率随着氯酚浓度的增加而降低；以100mg/L4-氯酚为单一基质时，24h内4-氯酚的去除率可以达到68.3%，比开路条件下提高了10-20%，同时可以输出0.023kWh/mol的电能；然而向系统提供0.052kWh/mol的能量后，4-氯酚的去除率可以达到99.8%，比MFC提高了将近30%，并且停留时间减少了一倍，而所消耗的能量比电化学工艺降低了10倍。利用BESs系统中阳极微生物氧化葡萄糖为非生物阴极还原降解4-氯酚提供所需的电子。实验表明4-氯酚可以作为阴极电子受体构成MFCs输出电能，并实现自身的降解。在阴极液pH为3.0，氯酚初始浓度为100mg/L时，最大可以输出0.1838W/m~3功率同时可以去除50.3%的4-氯酚。外加一定电压后，脱氯效果得到明显提高，外加0.7V电压(0.549kWh/mol)时，还原效率提高为92.5%。而且苯酚是阴极还原的主要产物，与普通的电化学还原法类似。构建以铁氰化钾为阴极电子受体的双室MFCs系统，利用其阳极降解氯酚废水。与以醋酸钠单独运行的MFCs相比，4-氯酚的存在降低了输出电流、最大输出功率、电池的开路电压及氯酚的去除率。4-氯酚可以作为单一燃料运行MFCs，其最大输出功率为0.32W/m~3，4-氯酚去除率为60.2%，与普通生物法相比，4-氯酚去除率提高了10%以上。实验研究表明，BESs处理4-氯酚废水有很好的潜在价值。