微生物电化学作用下的湖泊沉积物中有机物分解过程特征

对于我国一些主要湖泊，其沉积物中有机物含量近年来明显升高，极易导致水体水质恶化。有效降低沉积物中有机物含量，可有效改善湖泊水环境质量和湖泊生态系统。微生物电化学技术预计将可以开发成为一种新型高效及环境友好性的原位分解沉积物中有机物的工艺。本项目提出基于通过研究沉积物中微生物群落结构来认知微生物电化学分解沉积物中有机物机理的一种新思路。其主要研究内容包括微生物电化学作用下湖泊沉积物中的有机物的分解速率；分离沉积物中进行电极呼吸作用的优势菌种及生理特性分析；再应用功能基因芯片技术分析微生物电化学过程对沉积物中微生物群落结构的影响，提出沉积物中有机物分解的主要途径及其相应的微生物功能代谢结构，进而通过优化微生物电化学工艺以加快沉积物中有机物的分解转化。本项目在湖泊环境治理和湖泊管理方面有重要的应用价值，同时对于认识湖泊中沉积物生态系统结构也有参考与指导意义。

近年来，我国一些主要湖泊沉积物中有机物含量明显升高，极易导致水体水质恶化。有效降低沉积物中有机物含量，可改善湖泊水环境质量和湖泊生态系统。本项目以太湖沉积物中有机物含量高的区域为研究对象，探讨了影响微生物电化学工艺(SMFC)分解沉积物中有机物的主要环境因素，进而研究了SMFC作用下湖泊聚藻区、沼泽化湖区以及受毒性有机污染物污染区域的沉积物中有机物的分解特征。研究发现沉积物微生物电化学活性主要与沉积物中铁元素含量以及微生物铁还原活性有显著相关性。可利用微生物铁还原微生物培养的方式快速驯化具有电化学活性的微生物。沉积物中有机物的去除与产生的电流信号呈线性相关，从而可利用该工艺在实际运行过程中产生的电流信号实施远程监控，以了解工艺的实时运行状况。SMFC作用下聚藻区沉积物中有机物的降解速率、有机物代谢途径、微生物群落结构发生了明显改变，破坏了藻源性“湖泛”发生的物质基础，从而潜在地抑制了藻源性“湖泛”的发生。SMFC作用下通过增强沉积物本身所含的特定功能的微生物活性加快了沼泽化湖区纤维素降解，预防了沼泽化的发生。根据沉积物腐殖化和毒性物质降解菌变化，结合沉积物中腐殖酸吸附、增溶、电子传递、以及作为微生物聚集载体的多重作用，提出了微生物电化学工艺高效降解毒性物质的机理。因此，本项目在湖泊环境治理和湖泊管理方面有重要的应用价值，为有效地开展污染环境生物修复提供科学指导。