随着城市化、工业化规模的持续扩大,排放到河流湖泊中的生活污水和工业废水逐年增多造成水体有机物、氮、磷等污染物浓度超标,水体出现黑臭现象。有机污染物在被降解过程中大量消耗水体里的氧气,导致水环境中的溶解氧(DO)严重降低,水体形成厌氧环境,从而加剧水体恶化。因此,降低水体中的有机污染物浓度对黑臭水体净化尤为重要。本研究通过构建厌氧-好氧交替下铁还原菌-腐殖酸-Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)反应体系去除水中的化学需氧量(COD),首先对铁还原微生物进行分离纯化鉴定,将得到的铁还原菌进行生理特征观察,探究铁还原菌在不同培养条件下的生长和铁还原特性,分析铁还原菌的电子传递机制和铁还原机理。其次通过腐殖酸(HA)促进含铁矿物溶解还原,提高黑臭水介质中电子转移效率,通过元素分析,紫外-可见吸收光谱分析腐殖酸性质对铁还原过程的影响,探究腐殖酸在铁还原过程中的作用机理。最后通过厌氧-好氧波动下Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环降解水体中的有机污染物,采用扫描电镜(SEM)观察针铁矿固相形貌,通过傅里叶红外吸收光谱(FTIR)和X射线能谱仪(EDS)分析针铁矿结构和元素变化,利用三维荧光光谱(3DEEM)表征水体中溶解性有机污染物(DOM),分析黑臭水降解效果。主要研究结果如下:(1)分离得到的铁还原菌经过鉴定为Comamonas testosteroni Y1,菌株Y1可以利用葡萄糖和蔗糖还原柠檬酸铁、柠檬酸铁铵等可溶性铁源。纯培养环境下,铁还原的最佳条件为葡萄糖0.125 mol/L,柠檬酸铁铵20 mmol/L,pH=7.0。细菌生长符合Logistic模型,Fe(Ⅲ)还原动力学符合Luedeking-Piret模型。(2)铁还原过程中,菌株Y1通过醌血红素蛋白醇脱氢酶、血红素c、蓝铜蛋白和天青蛋白构建的金属呼吸通路将氧化有机物所产生的电子传递给末端电子受体Fe(Ⅲ),从而完成厌氧铁呼吸获得能量用于生长发育。(3)腐殖酸性质分析表明1#腐殖酸醌基含量更多,红外分析发现反应前后醌基官能团含量降低,腐殖酸能通过络合效应以及电子穿梭机制促进针铁矿的还原溶解,提高铁还原菌Y1和针铁矿之间的电子转移效率,显著强化黑臭水中的铁还原过程。(4)通过构建厌氧-好氧波动下铁还原菌-腐殖酸-Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)反应体系去除黑臭水体中的有机污染物,好氧状态下反应体系内Fe(Ⅱ)会激活O2生成·O2-,Fe(Ⅱ)与·O2-以及H2O2通过芬顿(Fenton)反应和哈伯-韦斯(Haber-Weiss)机制生成·OH氧化有机污染物。氧化还原波动反应结束后,通过SEM观察发现,针铁矿固相形貌仍主要表现为针状,但出现团聚现象。FTIR和EDS分析表明针铁矿被还原溶解,针铁矿结构发生变化。3DEEM中类富里酸区,微生物代谢产物区和腐殖酸区的荧光团强度消失,微生物副产物区、芳香蛋白区的荧光团强度大幅度衰减,水体中的有机污染物被有效降解。本研究能为原位净化污染水中有机污染物和含铁矿物的资源化利用提供理论支持。