随着我国经济的飞速发展,大量生活污水、工业废水流入自然水体,造成河湖有机物及富营养化污染,水体与沉积物之间频繁地进行物质循环,大量耗氧性有机质和氮磷营养盐在河流底泥中不断累积,导致河湖生态系统严重破坏,发生水体黑臭现象。沉积物微生物燃料电池（SMFC）是一种利用产电微生物氧化分解沉积物有机质等污染物同时获得电能的修复水体新方法。本研究利用黑臭河底沉积物为底质构建SMFC系统,探究不同上覆水DO浓度下SMFC系统产电及污染物去除效果,并进一步分析SMFC系统氮磷耦合竞争关系。主要结论如下:（1）本研究以黑臭河底沉积物为底质构建SMFC系统,共设置4个实验组::1#厌氧组（DO<1mg/L）,2#缺氧组（DO=3±0.5 mg/L）,3#自然组（DO=5±0.5mg/L）,4#高溶解氧组（DO>7mg/L）。连接数据采集系统,考察SMFC的产电性能。在20天左右4组SMFC反应器输出电压达到峰值,分别为377 mV,417 mV,533 mV,568mV,最大功率密度分别为12.31 mW/m²、15.39 mW/m²、25.14 mW/m²、28.55 mW/m²,稳定产电周期20d左右。结果显示4组SMFC产电性能与上覆水DO浓度呈正相关性。（2）SMFC系统中电极的引入对降解沉积物有机质、氮磷营养盐污染物有促进作用。4组反应器沉积物有机质去除率分别为13.08%、18.56%、27.61%、29.34%,TN去除率分别为26.48%、32.13%、40.86%、35.21%,TP减少率分别为8.98%、8.06%、6.98%、6.29%,结果显示,有机质去除与SMFC输出电压呈正相关;上覆水DO=5±0.5mg/L条件下,沉积物TN去除率最高;上覆水DO<1mg/L条件下,沉积物TP减少率最高,主要方式为向上覆水释放。（3）本研究发现SMFC氮磷耦合机制:SMFC系统启动初期,氨化细菌最先响应,有机氮氧化氨氮,为硝化、反硝化过程提供原材料。在浓度梯度作用下,沉积物中氨氮向上覆水大量释放。低溶解氧条件下发生短程硝化反硝化,溶解氧充足条件下发生硝化反硝化。SMFC平稳运行阶段,沉积物中产电菌丰富,阳极附近沉积物产电菌氧化有机质产生电子,同时聚磷菌开始主动吸收碳源合成PHB储存能量,反硝化菌消耗碳源反硝化脱氮,此阶段产电菌、聚磷菌、反硝化菌共同竞争碳源。同时SMFC运行将Fe²⁺氧化为Fe³⁺进行化学固磷。随着SMFC系统输出电压开始下降,沉积物中易被生物利用有机质消耗殆尽,聚磷菌开始消耗体内PHB释放能量维持自身代谢,反硝化菌缺少碳源,反硝化过程受阻;同时NO₂^-、NO₃^-失去阴极电化学还原及电池内部电场束缚,导致沉积物NO₂^-、NO₃^-升高,磷酸盐也会脱离电场束缚在泥水界面发生聚磷菌好氧吸磷或反硝化除磷。最终系统氨化细菌占据主导,沉积物中氨氮含量持续升高。（4）上覆水DO浓度及SMFC系统对沉积物内微生物群落产生显著差异,3#实验组微生物丰度最大,DO=5±0.5mg/L条件下最利于微生物繁殖。在门水平细菌分类中,4个实验组都以变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）为优势菌种。在属水平细菌分类中,4个实验组沉积物中共同优势菌属为产丙酸细胞菌属（Propionicicella）、假单细胞菌属（Pseudomonas）、厌氧蝇菌属（Anaerolineaceae）。对细菌菌属统计后,发现3#反应器在硝化细菌、反硝化细菌微生物丰度上都高于其他三组反应器。（5）高通量测序发现沉积物中存在反硝化除磷菌属,且随着上覆水溶解氧提高,沉积物中反硝化除磷菌丰度增加,表明上覆水溶解氧在一定程度上促进沉积物中反硝化除磷现象的发生。