光电生物制氢（BPEC）系统是一种将生物阳极与光电阴极耦合以利用太阳能和生物能进行产氢的新型绿色技术,该系统可以在产电、产氢的同时降解有机污染物。开发带隙合适、光催化性能较优的光阴极催化材料,构建可自发的、高效和具有成本效益的微生物电化学系统仍然是目前研究的重大挑战。本文以剩余污泥为底物,构建了以NiOx/BiVO4/C/Cu2O光阴极和生物阳极组成的BPEC系统,和微生物燃料电池（MFC）与BPEC系统耦合的生物制氢系统（MFCs-BPEC）,研究了BPEC和MFCs-BPEC系统的产氢及污泥减量效果。主要研究内容和结果包括:对采用不同基底制备的氧化亚铜Cu2O进行了比较,以泡沫铜为基底的Cu2O纳米线光电流在-0.8 V偏压下达到了-3.2m A/cm~2,分别是以导电玻璃为基底的Cu2O薄膜和以铜片为基底的Cu2O纳米线的2.9倍和2.1倍。采用了以泡沫铜为基底的氧化亚铜作为光催化剂,在葡萄糖浸渍浓度为3 mg/m L时得到了最佳厚度的碳层作为保护膜,同时负载n型半导体BiVO4构建了Z型反应体系,通过微量析氢催化剂NiOx的负载得到NiOx/BiVO4/C/Cu2O复合光电阴极,在-0.8 V（vs Ag/Ag Cl）偏压下达到了4.7m A/cm~2的光电流。以NiOx/BiVO4/C/Cu2O光阴极和生物阳极组成BPEC系统,研究了在不加偏压的条件下的BPEC系统产氢及污泥减量效果。研究结果表明:BPEC系统共运行35.5 h,其中光照产氢时间为15.25 h,尽管在BPEC系统运行过程中观察到了气泡的产生,但由于产氢量较少未能确定氢气的量;在光照下BPEC系统的最大电流密度为0.16 m A/cm~2,BPEC系统阳极微生物对破壁污泥中TCOD、SCOD、TSS和VSS的降解率分别为34.01%、66.88%、2.43%和7.05%。除此之外,蛋白质、多糖也可以被微生物降解利用,降解率分别为33.79%、65.45%。将单个或两个微生物燃料电池（MFC）与BPEC系统耦合分别构建了SMFC-BPEC系统和DMFC-BPEC系统。其中,SMFC-BPEC系统一共运行了38小时,其中开灯时间共计21.5小时。在光照下MFC-BPEC回路中最大电流密度为0.35m A/cm~2,是单独自发产氢的BPEC系统最大电流密度的2.19倍。在SMFC-BPEC装置光照下运行期间,氢气产量为18.6 m L,平均产氢速率为0.87 m L/h。与BPEC系统相比,TCOD、SCOD、TSS、VSS降解率分别提高了1.05%、12.63%、12.08%、21.3%。DMFC-BPEC系统共运行了24.5小时,比SMFC-BPEC缩短11个小时;其中光照时间为15小时,比SMFC-BPEC系统缩短6.5小时。在DMFC-BPEC装置运行期间,系统最大电流密度为0.42 m A/cm~2,是MFC-BPEC系统最大电流的1.2倍。DMFC-BPEC系统平均产氢速率是0.96 m L/h,较SMFC-BPEC耦合系统的平均产氢速率提高了0.09 m L/h。TCOD、SCOD、TSS、VSS降解率分别为24.69%、44.78%、13.78%和26.16%。由于光腐蚀或者气泡量的增加造成了催化材料脱落从而引起了系统电流密度的下降,对该DMFC-BPEC耦合系统运行时长、污泥降解量产生了一定的影响。本研究不仅为利用太阳能驱动的微生物电化学系统实现污泥减量化与资源化提供了理论依据,而且为节约电能的输入、提高氢气的产量提供了可行的方案。