地下水硝酸盐污染日益严重,引起了人们的广泛关注。若饮用硝酸盐污染的地下水会引起一系列的疾病,例如高铁血红蛋白血症、消化道肿瘤等。因此,开发针对地下水硝酸盐污染的有效修复技术非常重要。原位生物反硝化被认为是一种经济有效的地下水硝酸盐处理技术,可渗透反应格栅是一项应用于地下水原位修复的主要技术。生物反硝化格栅类似于传统的垂直安装于地下的可渗透反应格栅,对地下水进行截留;通过向反硝化格栅内添加电子供体(例如有机质)促进反硝化过程的进行。在过去的十年中,研究者们通过中试和场地实验对反硝化格栅展开了研究,证明了反硝化格栅是一项能够长期有效运行的地下水硝酸盐污染修复技术。在反硝化格栅场地应用之前,实验室研究能够反映这些技术在场地应用中可能出现的问题。批实验和柱实验通常被用来选择适用于可渗透反应格栅的反应材料,同时评价这些材料对污染物的去除能力。然而,柱实验只能反映一维或二维流态,地下水在含水层或包气带中的实际渗流状态是三维的。因此,柱实验不能反映反硝化格栅在场地环境下的实际运行状态。相比之下,渗流槽实验能够更加准确的模拟地下水的流动状态。本研究以可生物降解塑料(BP)、木屑、硫磺作为固相电子供体,以沸石作为微生物载体,依次通过批实验和渗流槽实验对异养反硝化及异养-硫自养协同反硝化在地下水硝酸盐污染修复技术中的应用进行评价,同时探索修复过程中污染物的迁移转化机理,为生物反硝化格栅技术在实际污染场地中的应用提供理论依据。结果表明:当可生物降解塑料和沸石的质量配比为2:1时,载体的反硝化效率较高、载体降解率较低、生物膜附着量较大、运行成本较低且二次污染少;异养反硝化格栅的构建没有对包气带土壤中平均硝酸盐浓度造成影响;当硝酸盐负荷≤158 mg N/(d·kg BP-沸石)时,几乎所有的硝酸盐能够被去除,在进水水池和反硝化格栅上游含水层地下水中没有观测到亚硝酸盐和氨氮的积累;反硝化格栅的渗透性从第35天开始上升,之后趋于稳定,整个实验过程中没有出现阻塞现象。根据反硝化格栅内总碳的物料平衡计算得出,当硝酸盐负荷87mg N/(d·kg BP-沸石)、158mg N/(d·kg BP-沸石)时,反硝化格栅的理想使用寿命分别为27.3年、17.2年。硫自养反硝化过程需要铵盐来维持微生物活性;协同反硝化过程能够将硝酸盐完全去除,其反硝化效率高于硫自养反硝化,木屑和硫磺的最优配比为(1:1,w/w);在协同反硝化过程中,自养反硝化菌产生的硫酸盐能够被硫酸盐还原菌利用,异养反硝化菌产生的碱度能够被自养反硝化菌消耗。DGGE和16S r RNA分析表明,自养菌和异养菌能够在兼养环境下共存。异养-硫自养协同反硝化格栅的构建同样对包气带土壤样品中的硝酸盐含量及浓度分布没有产生明显的影响;当反硝化格栅中的硝酸盐负荷≤17.86 mg N/(d·kg载体)时,86.6%以上的硝酸盐均能够被去除,系统中几乎没有亚硝酸盐和氨氮的积累;在协同反硝化格栅中,异养反硝化菌和硫自养反硝化菌能够适应兼养环境并发挥协同作用,硫自养反硝化菌产生的硫酸盐能够被硫酸盐还原菌有效利用;协同反硝化格栅均能将出水p H均维持在6.5至7.5之间;运行过程格栅能够保持良好的渗透性,整个实验过程中没有出现阻塞现象。本研究获得的运行参数对地下水硝酸盐污染原位生物反硝化修复技术在实际场地中的应用具有一定的参考意义。