随着我国城市化进程的不断加快,经济繁荣发展的同时也带来了一系列环境问题。其中,淡水湖泊的富营养化治理与修复是近年来重点关注的研究课题之一。沉积物作为地表水环境中重要的污染物“内源”,与上覆水之间保持着持续的物质与能量交换,其释放的氮、磷等营养盐是湖泊富营养化的主要限制因子。在此背景下,沉积物微生物燃料电池（Sediment Microbial Fuel Cells,SMFC）作为一种新型绿色水环境治理技术,可以利用沉积物中的有机质作为底物,在产电的同时实现对泥水界面上覆水的脱氮和抑磷效果,并抑制沉积物中的甲烷生成。本研究以某富营养化淡水湖泊为研究对象,利用SMFC技术对其进行治理与修复的试验,验证该技术应用于湖泊原位治理的工程可行性,探究其在不同构型和规模下的产电性能,考察其对氮、磷和甲烷等污染物释放的抑制效果,分析其对沉积物微生物群落结构的影响,预测其在湖泊治理与修复过程中释放二次污染的风险。主要研究内容及成果包括:（1）以淡水湖泊沉积物作为阳极底物的双室型SMFC反应器具备长期运行及稳定产电的能力,系统的开路电势可基本稳定在635 m V左右,最高输出功率为7.51×10-3 m W;SMFC系统具有良好的脱氮和抑磷效果,其对阳极上覆水中的氨氮和磷酸盐抑制率分别可达71.3%和65.4%;闭路运行的SMFC可抑制沉积物的产甲烷活动,开路运行下的反应器产甲烷浓度最高可达闭路运行时的300倍,不同外电阻条件对系统产甲烷抑制效果的影响不显著;长期运行后阳极附着生物膜中主要以变形菌门（Proteobacteria）和脱硫杆菌门（Desulfobacterota）为优势细菌,以Halobacterota门的产甲烷菌为优势古菌,其中闭路组的产甲烷菌丰度较低;开路运行下的非独立多层阳极在沉积物中的深层跨度较大时,其上下层电极之间可存在约100至200 m V的电位差。（2）单室型SMFC中试装置在阴极未被冰冻状态下具有良好且稳定的户外运行性能,其最高开路电压和最大输出功率分别可达941.3 m V和0.556 m W;系统输出电压随阴极面积的减小而降低,折叠阴极可促进输出电压的升高,经两次折叠的阴极可提升系统的输出功率约5.7倍;户外SMFC装置在冬季时的系统内阻略高于夏季,经过长期户外实验后不锈钢电极展现的抗腐蚀性能良好,适合应用于实际工程;单室型SMFC相较于空白组对上覆水中氨氮、磷酸盐和总有机碳释放的抑制率分别可达31.1%、73.6%和21.9%;单室型SMFC在户外条件下开路组产甲烷浓度可达闭路组的8.5倍。（3）大型SMFC装置可在实际湖泊中稳定运行,其最高输出功率可达10.43 m W;系统性能受季节变化及水体溶解氧浓度影响较为明显,阳极所在泥水界面处的溶解氧上升和阴极所处水层中的溶解氧下降均会造成输出电压的降低;阴极空间位置变化对SMFC系统输出电压影响并不显著,而优势电极的串联可以提升SMFC系统的产电性能;SMFC对湖泊上层水体中氮磷浓度的影响并不显著,但会造成泥水界面上方水体中硝态氮的小幅增长和氨氮的浓度下降,SMFC在夏季运行稳定阶段对泥水界面上方的氨氮和磷酸盐抑制率分别为55.1%和46.8%;湖泊底部阳极附近的沉积物中,细菌群落分布除Caldisericum外无明显差异;古菌方面,Halobacterota菌门的产甲烷菌Methanosaeta和Methanoregula在各点位均呈现优势,而其在空白点位的相对丰度（22.11%和20.29%）均高于SMFC点位（15%～18%）。（4）沉积物微生物燃料电池应用于淡水湖泊时的底物周转率与其规模和输出功率成正比,实验室、中试和湖泊规模的SMFC装置在使用相同沉积物及电极材料的情况下底物周转速率分别为0.0014、0.0830和1.9463 mmol/d乙酸当量;当以富营养化淡水湖泊为治理目标时,在保证SMFC装置有足够性能输出的同时需要注意限制其底物周转速率,以防止过量及过快的沉积物有机质分解带来的二次污染释放;在假定SMFC阳极作用深度为5 cm的情况下,SMFC可在功率密度不大于1 m W/m~2的情况下有效抑制沉积物向上覆水的氮磷释放。