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目前,海洋、湖泊、河流等各种水系中水体和底泥的污染日益加剧,而传统的修复技术又存在一定的局限性,因此本研究构建了一种新型的生物电化学系统并将其应用于水体和底泥中污染物的同步去除。本研究首先探究了共基质对生物电化学系统去除污染物的影响,其次探究了生物电化学系统去除污染物的影响因素,最后探究了生物电化学系统耦合浮床后同步去除水体和底泥中污染物的效果,主要的研究结果如下:本文以葡萄糖、淀粉和纤维素作为MFC的共基质,研究共基质种类对MFC去除底泥中典型难降解污染物(多环芳烃)的影响。研究结果表明以葡萄糖为共基质时MFC对底泥中多环芳烃的降解速率大于淀粉和纤维素试验组,这是因为葡萄糖作为易生物降解的单糖可以直接被产电菌利用,因此MFC阳极区的氧化反应速率快,产生了更多胞外电子,进而利于底泥中多环芳烃的还原去除。而淀粉和纤维素作为多糖,需水解成单糖才易于被产电菌利用,因此MFC阳极区的氧化反应速率降低,产生的电子数减少,从而限制了多环芳烃的还原去除。本文研究了阳极底泥中含有0%(未添加共基质)、0.5%、1%、2%、4%含量的淀粉时MFC对底泥中多环芳烃的去除情况。研究结果表明当阳极底泥中含有1%含量的淀粉时MFC的产电性能最佳,同时多环芳烃的降解率也最高;当阳极底泥中碳源含量较低时(淀粉含量0%、0.5%),MFC阳极区的产电性能降低,导致其对多环芳烃的降解率也低于最优处理组(淀粉含量1%);当阳极底泥中碳源含量较高时(淀粉含量2%、4%),厌氧酸化的速率加快,导致阳极区的pH值分别下降至5.0和4.8左右,此时微生物活性受到抑制,产电菌群利用底物产生电子的能力下降,较少的电子数限制了多环芳烃的去除。本文选取四种不同的缓冲液浓度:0mM、10mM、50mM、100mM,研究不同的缓冲液浓度对MFC去除底泥中多环芳烃的影响。结果表明在所选范围内增大缓冲液浓度,能够加强MFC系统的稳定性、降低MFC的表观内阻,从而提高MFC的产电性能,促进MFC对底泥中多环芳烃的去除。本文选取四种不同的电极间距:8cm、12cm、20cm、28cm,研究了不同的电极间距对MFC去除底泥中多环芳烃的影响。结果表明当电极间距为12cm时,MFC对多环芳烃的去除率最大;当电极间距减小至8cm时,阴阳极的间距过近,部分氧气渗入到阳极破坏厌氧环境,使得MFC的阳极产电性能降低,多环芳烃的去除率也相应下降;当电极间距增大至20cm和28cm时,MFC的欧姆内阻显著增大,阻碍了系统的产电效能,最终导致底泥中多环芳烃的去除率降低。本文选取菖蒲作为水生植物,活性炭作为填料构建浮床,再将MFC的阴极耦合到浮床中,研究耦合系统对水体和底泥中污染物的去除效果。研究结果表明耦合系统可以提高底泥中多环芳烃的去除率(萘、苊、芘的去除率高达72.4%、52.2%、39.4%)和氨氮的去除率(72.31%),同时能够有效的去除水体中的COD(去除率97.08%)和硝态氮(去除率91.86%)。底泥中污染物去除率的提升归因于耦合系统对MFC阴极性能的改善,菖蒲的泌氧作用加速了阴极的电极半反应,从而降低了MFC的表观内阻,进而促进了阳极的性能,最终使MFC对底泥中污染物的去除率有所提升;对于水体中的污染物,水生植物菖蒲通过吸收作用去除部分的污染物,同时其泌氧作用促进了MFC阴极区的微生物活性,提升了耦合系统去除水体中污染物的性能。