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湖泊沈積物高程變化實時監測研究取得新進展
【发布时间:2019-09-06 】 【 】【打印】【關閉

  湖泊沈積物是湖泊生態系統的重要組成部分。近些年來,由于湖泊富營養化等環境問題,湖泊沈積物汙染狀況嚴重;高有機質含量的沈積物會加速沈積物中氣體的産生與累積,進而出現了沈積物的膨脹現象。研究表明這種現象與部分湖區的“黑水團”現象具有聯系性。因此,對湖泊沈積物膨脹過程中沈積物高程變化的研究對湖泊環境監測、水質保障、水生態修複、水生態系統評估和水産養殖等具有重要意義。 

  近年來,微生物電化學技術迅速發展,微生物燃料電池逐漸成爲一種全新的生物傳感方法。同時,沈積物微生物電化學技術是至今能夠突破理論,實現具體應用的微生物電化學技術。沈積物微生物電化學技術構造簡單,其陽極埋在還原性的沈積物中,陰極置放在空氣-水界面,陰陽極之間的外電路接入負載。其作用機理爲:在陽極區的有機質被産電微生物氧化分解利用,産生的電子到陽極,再經過外電路到達陰極形成電流,質子則通過水溶液傳遞到陰極,並與氧氣反應生成水。 

  根據沈積物微生物電化學陽極和陰極上反應機理,南京地理與湖泊研究所江和龍團隊中王春柳博士設計了一種運行互不幹擾的垂直分布的多陽極微生物電化學組新結構(圖1),利用沈積物高程變化會影響到微生物電化學工藝的電信號輸出的原理,可以實時監測沈積物在1 cm 尺度上的高度變化(圖2)。研发的装置仪器能够只用一台仪器即可实现对沉积物高程变化的在线监测,维护成本低且运行稳定,目前已通过室内实验优化了传感器装置的主要影响参数。此成果已授权发明專利(專利号201820703903.x),並以Real-time monitoring of sediment bulking through a multi-anode sediment microbial fuel cell as reliable biosensor爲題發表在Science of the total environment期刊上。 

  該項工作得到了國家自然科學基金和中科院創新交叉團隊等項目資助。 

  文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719339865

1. 传感器监测装置及原理圖 

2. 多陽極沈積物微生物燃料電池對沈積物高程變化的監測結果

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