生物电化学系统是一个崭新且富有挑战性的领域，在资源和能源回收以及环境污染修复等方面已经日渐展现出其独有的特色和吸引力。生物电化学系统包含微生物学、电化学、过程工艺学等复杂过程，尽管不断有新的发现和认识被报道，但是迄今为止科学家对生物电化学系统的认知还不甚完整，大量关键科学与技术问题还有待解决，还需要新的理论和方法支撑以开展更为深入系统的研究。
    《生物电化学系统：从胞外电子传递到生物技术应用》的英文原著是国际上首部系统阐述生物电化学系统在污水处理、沉积物产电、产品生物合成以及污染生物修复等方面的原理与应用的权威著作。《生物电化学系统：从胞外电子传递到生物技术应用》是该领域我国首次引进的专著。《生物电化学系统：从胞外电子传递到生物技术应用》不仅介绍了生物电化学系统的基本原理、电极材料、电子传递、电化学方法、电极微生物、物质氧化与还原等内容，还结合产能、资源回收、污染物降解等方面阐明了生物电化学系统功能化所涉及的反应器构型优化、工艺设计与放大、配套设施等问题，力求使读者对生物电化学系统有深入的了解。全书内容深入浅出，信息量大，理论体系和脉络完整严谨，注重系统性、科学性、前沿性、实践性和指导性。
    《生物电化学系统：从胞外电子传递到生物技术应用》可以作为从事环境科学与工程、环境微生物学、环境生物技术等相关专业研究人员、高校教师及研究生的有价值的参考书或教学参考资料。

    国际上首部系统阐述生物电化学系统在污水处理、沉积物产电、产品生物合成以及污染生物修复等方面原理与应用的权威著作。
    本书在阐述技术原理的同时，提供了很多正在讨论的关键问题或者发展思路，这将为读者更快地站在技术前沿角度感受其发展的潜力提供重要的方向。
    ——王爱杰 教授

    本小节中讨论的模型特征对于选择建模方法和模型结构式非常重要。同时，所涉及的原则有助于正确地选择模型结构从而达到特定的建模目的。
    2.1.3 生物电化学系统的数学建模目标
    在一个时间范围内，生物电化学系统里面会出现很多现象。生物过程、化学过程（电化学）和质量传递过程之间的相互作用非常明显。这些相互作用在很大程度上影响了生物电化学系统的行为。因此，对这些过程的总体观察和单独观察是非常重要的。
    生物电化学系统的数学建模面临着巨大的挑战。这些挑战来自于生物电化学系统的复杂性和多机理性。生物电化学系统的建模需要解决一些尚未完全了解的过程。例如，微生物与电极之间的电子传递和电极周围生物膜生态系统中多相微生物的相互联系。
    深入理解生物电化学系统需要有材料科学、电化学、微生物学、生态学和过程工程学等方面的知识。每一门知识都可以为数学建模提供支持。一个合适的生物电化学系统的数学描述，需要从模型框架一步步拓展到系统的元素可以用数学语言表达出来。生物电化学系统是非线性、时变、强偶合、多自由度的系统，对其进行数学建模要求该模型的目标是非常明确的。目标明确后就可以确定模型的特征，并节省很多工夫。
    生物电化学系统的建模目标多种多样，但是有一个共同的目标，即描述我们所关心的变量（如物质浓度、反应速率、流体类型、电极电势和电流）是如何被可操作的外界变量或参数（如进水浓度、流体类型、pH、温度和外电阻）影响的。如果一个生物电化学系统数学模型可以实现上述功能，就能模拟真实系统在不同操作环境下的行为，从而成为反应器设计、优化、控制的有力工具。更为完善的模型还可能会通过对系统中化学、物理和生物过程机制的详细描述，来实现阐述模型的产生及验证工程应用中的相关科学假设等建模目标。
    最近公布了很多微生物燃料电池的数学模型，打开了数学描述生物电化学系统的大门。可以想到，不同类型的模型都会为生物电化学系统的研究作出贡献。如果想建立一个模型来预测可操作变量小范围变化对于一个具体变量的影响（如电流是底物浓度的函数），那选择经验集中模型就能满足这个目标。但是这样一个模型的应用范围是非常有限的，很可能在调试参数范围以外失效，也不能真实反映模拟的过程。
    在其他环境下，当研究的目的是具体的机理的时候，理论模型建模法可以对模型的结果进行更深入的数学描述，所得到的结果也具有更高的可解释性。
    ……

译者前言
序
编著者
第1章 生物电化学系统：面向环境和工业生物技术的新方法
1.1 燃料电池和生物电学
1.2 基本原理
1.2.1 微生物与电流
1.2.2 生物电化学系统中的微生物群落
1.2.3 从微生物代谢到电流产生
1.3 测量指标和性能评价
1.3.1 电势测量
1.3.2 基于速率的性能评价指标
1.3.3 基于效率的性能评价指标
1.4 应用
1.5 致谢
参考文献

第2章 微生物利用生物质产能
2.1 生物质：储存在有机物中的太阳能
2.2 生物质的含能量
2.3 由生物质生产生物乙醇
2.4 厌氧产甲烷消化：废物稳定化与能源化
2.4.1 工艺性能
2.4.2 产甲烷微生物学
2.4.3 厌氧消化中胞外电子传递的重要性
2.4.4 厌氧消化的应用
2.5 生物质产氢
2.6 展望
参考文献

第3章 酶燃料电池及其与BES／MFC的互补关系
3.1 引言
3.2 微生物燃料电池和酶燃料电池的相似点
3.2.1 生物反应器设计
3.2.2 原位生物反应器类型
3.2.3 阳极电解液中的催化剂
3.2.4 催化剂和／或介体固定
3.2.5 直接电子传递催化剂
3.3 MET和DET系统的催化剂来源
3.4 微生物燃料电池和酶燃料电池的性质比较
3.5 酶生物燃料电池中的酶
3.6 燃料的深度／完全氧化
3.7 结论
参考文献

第4章 基于可溶性化合物的电子穿梭
4.1 引言
4.2 氧化还原穿梭体
4.3 早期的实验研究
4.4 外源性氧化还原介体
4.4.1 人造介体
4.4.2 地表下环境中的天然氧化还原介体
4.5 内源性氧化还原介体
4.5.1 已知的由微生物产生的氧化还原介体
4.5.2 未确定的内源性氧化还原介体
4.6 溶解性氧化还原中介体的鉴定方法
4.6.1 恒电位仪控制的电化学电池
4.6.2 环境条件
4.6.3 序批式实验
4.6.4 培养基配方
4.6.5 电化学方法
4.6.6 介体转化
4.6.7 介体的化学结构
4.7 溶解性氧化还原介体穿梭与微生物代谢的相关性
4.8 生物电化学系统中的溶解性氧化还原穿梭体
4.8.1 微生物燃料电池
参考文献
……

第5章 从微生物到电子活性表面的直接电子传递
第6章 生物电化学系统中的基因改造微生物
第7章 电化学损失
第8章 分析生物电化学系统的电化学方法
第9章 生物电化学系统中的材料
第10章 影响BES性能的技术因素及规模化的瓶颈
第11章 有机物氧化
第12章 生物电化学系统中硫化物的转化
第13章 生物电化学系统中的化学催化阴极
第14章 反应器中的生物电化学还原
第15章 生物电化学系统应用于地下污染修复
第16章 深海底泥微生物燃料电池的理论、发展和应用
第17章 微生物燃料电池作为生化需氧量和毒性传感器
第18章 生物电化学系统可转化利用的原料
第19章 BES与污水和污泥处理系统的整合
第20章 小型适用的BES配套设备
第21章 生物电化学系统的数学模拟
第22章 展望：研究方向和生物电化学系统的新型应用