废水中的重金属对人类健康和自然环境有极大危害,同时它作为一种有价值的资源可以通过微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)得到回收并实现同步产电。离子交换膜是双室MFC的重要组成部分,不同类型膜的离子传递机制直接影响MFC的性能,成为重金属回收的关键因素。本论文利用人工配制的Cr(VI)、Cu(II)及二者复合的重金属废水,系统地研究了双极膜(BP)、阳离子交换膜(CMI)、质子交换膜(Nafion)和阴离子交换膜(AMI)对双室MFC产电性能和重金属回收效率的影响,并详细分析了重金属回收过程中的膜污染问题。研究结果表明,AMI获得了最高的产电性能,而Nafion的产电性能最低。AMI的最大功率密度为530.8 m W/m~2,远高于Nafion的最大功率密度(52.3 m W/m~2)。BP能够有效维持溶液p H值和电导率,AMI与CMI次之,而Nafion导致阳极液变为酸性,抑制了产电菌的呼吸作用,从而使MFC性能下降。重金属离子在MFC中的去除包括阴极还原、离子交换膜吸附和重金属离子从阴极渗透到阳极三部分。当处理Cr(VI)废水时,BP、AMI和CMI的重金属总去除率均高于95%。BP的还原率最高,适用于单一重金属阴离子的回收;当处理Cu(II)废水时,CMI和AMI的重金属总去除率均高于91%,而BP的总去除率(32.5±2.6%)最低。其中,AMI具有较低的吸附率(6.1±0.6%)和较高的还原率(85.5±0.4%),适用于单一重金属阳离子的回收;当处理复合重金属废水时,Cr(VI)和Cu(II)的共存会促进膜对离子的吸附,但二者间的竞争作用会降低重金属的总去除率。CMI具有较高的复合重金属离子的去除和还原能力,适用于复合重金属离子的回收。四种离子交换膜均受到不同程度的化学污染和生物污染。在处理Cr(VI)废水时,Cr(VI)在AMI上的吸附率高达91.1±0.7%,阳极侧覆盖微生物较多,对离子交换膜造成严重污染。