微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种全新的生物技术。由于MFC能够在处理废水的同时获得清洁的电能，因此MFC是环境工程领域一个新的研究热点。针对有效提高MFC电化学性能、降低MFC运行成本、拓展MFC应用范围同时充分利用MFC产生的微弱电能将其与管式膜生物反应器(TubularMembrane Reactor, TMBR)结合构成MFC-TMBR耦合系统，实现了MFC与传统技术的整合。本文基于MFC-TMBR耦合系统研究了耦合系统的启动期、稳定期产电性能以及稳定期水处理效果，分析了耦合系统的运行可行性。针对MFC-TMBR耦合系统设计了生物阴极MFC生物传感器，研究了生物阴极MFC传感器在不同运行条件下的产电性能以及输出电流与运行条件之间的关联。在此基础上研究了生物阴极MFC生物传感器对生物阴极室内COD浓度的传感作用。　　研究表明:MFC-TMBR启动期耗时30天，稳定后输出电流为0.7±0.05mA，阳极电势保持在-0.45V，阴极电势稳定在0.17-0.19V，稳定运行下内阻为500±15Ω，最大输出功率密度为0.060W/m2，相应的库伦效率为5.84％。MFC-TMBR耦合系统获得了良好的水处理效果，COD去除率平均为94％左右，氨氮去除率稳定在85％左右。MFC-TMBR耦合系统具有良好的运行可行性。　　利用MFC-TMBR耦合系统中的生物阴极MFC作为生物传感器，根据能斯特方程分析，在系统运行过程中需要保持温度、pH、基质浓度大体不变，从而确保生物阴极电势变化导致电流变化实现生物传感作用。MFC传感器可通过电信号的反馈来表征生物阴极室内各运行参数的变化，它包括进料速率、MLSS、EPS、COD等。同时，探讨了MFC-TMBR耦合系统作为生物传感器的最佳运行条件为:进料速率0.3L/h、HRT为7.3h、COD负荷率为0.137mgCOD/h·m3、MLSS为4340±140mg/L、污泥负荷为0.754kgCOD/kgMLSS·d，此时生物阴极MFC产电性能、库伦效率及COD去除效率达到最佳状态，作为生物传感器具有最佳的响应性能。　　生物阴极MFC传感器能够实现对废水中COD浓度的生物传感作用，MFC电流峰值与较低COD浓度(100-1000mg/L)呈线性关系，线性相关系数R2为0.97，具有良好的线性相关性和响应性能;MFC电流峰值与整体COD浓度(100-3000mg/L)基于米门公式建立模型，相关系数R2为0.89，此模型更适宜较高浓度COD的传感。