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含硫废水主要包括含硫化物废水和含硫酸盐废水两大类。硫化物可导致水质恶化，并可腐蚀管道、毒害生物、抑制厌氧消化；硫酸盐化学性质相对稳定，但在厌氧条件下，硫酸盐容易经生物异化还原为硫化物，对环境造成严重影响。由于传统的含硫废水处理技术存在处理成本高、不能彻底去除硫元素的问题，因此迫切需要开发高效低耗的含硫废水处理新技术。
微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化为电能的新型装置，可同步实现污染物的高效去除与产电。本文基于微生物燃料电池技术处理含硫废水：研究了微生物燃料电池处理含硫化物废水系统的改进与产电、污染物去除机理，并开发了基于微生物燃料电池技术的组合工艺以处理含硫酸盐废水。
采用空气阴极微生物燃料电池进行含硫化物废水处理并产电的可行性实验。在单室微生物燃料电池中，当硫化物浓度为100 mg/L，葡萄糖浓度为812 mg/L时，其最大开路电压达897.2 mV，最大输出功率达340.0 mW/m2；72 h运行后，含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4％。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除，COD的去除率为42.3％，同时发现阴极电阻是系统的主要限制因素，与阴极电子受体密切相关。
利用高电极电势的含钒废水(五价钒)作为阴极电子受体，代替传统使用的氧气，对微生物燃料电池处理含硫化物废水系统进行改进，可显著提高系统的产电及含硫化物废水处理性能，并可同步处理含钒废水，这在微生物燃料电池研究中属第一次报道。当阳极硫化物浓度为100 mg/L，葡萄糖浓度为812 mg/L，阴极五价钒浓度为500 mg/L，pH为2时，改进系统的最大开路电压达1093 mV，最大输出功率达572.4 mW/m2；72 h后，硫化物，COD和五价钒的去除率分别为84.7％，54.0％，25.3％。同时研究了浓度、电导率、pH，外电路电阻等因素对改进系统产电性能和污染物去除性能的影响。
对微生物燃料电池处理含硫化物废水改进系统的产电及污染物去除机理进行系统研究。阳极室内，阳极表面附着的微生物主要是球菌和短杆菌，其电化学活性较高，是该系统中的主要产电微生物；硫化物去除的主要作用是电化学氧化(42.7％)与生物氧化(20.3％)，其主要氧化产物为单质硫，可以从水体中有效去除硫元素。阴极室内，五价钒被还原为四价钒，可以通过调节pH而沉淀，并且沉淀可以迅速被氧化为五价钒，从而处理含钒废水并回收纯度较高的五价钒。同时研究结果显示，阴极电阻已不再是改进系统的主要限制因素。
首次设计开发UASB-MFC组合工艺，有效处理含硫酸盐废水并同步产电。当进水硫酸盐浓度为600 mg/L，COD为2400 mg/L，HRT为40 h时，组合工艺的最大输出功率为888.9 mW/m2，对硫酸盐、COD的去除率分别为69.9％和81.8％。研究表明碳硫比(C/S)和水力停留时间(HRT)是影响该组合工艺运行的关键因素。采用响应曲面法，对上述两因素进行优化，当以输出功率最大化为目标时，最优条件为C/S为2.3，HRT为54.3 h，预测的组合工艺输出功率最大值为968.4 mW/m2；当以硫酸盐去除率最大化为目标时，最优条件为C/S为3.7，HRT为55.6 h，预测的组合工艺硫酸盐去除率最大值为71.3％。并用实际实验结果验证了预测的可靠性。
本文研究证明，基于微生物燃料电池可有效处理含硫废水并产电，这为含硫废水的处理提供了一种新思路。系统运行的机理研究为微生物燃料电池技术的完善提供了理论依据，组合工艺的开发也为技术的实际应用奠定了理论基础。