污染底泥作为河道的内源污染源,是改善河道水系环境的重要环节。在多种底泥治理技术中,原位生化修复技术因其工程量小,修复效果好,受到广泛的关注和应用。其中,硝酸钙在底泥原位生化修复技术中工程应用最为广泛。然而,已有研究数据表明,投加硝酸钙后会引起底泥硝态氮和氨氮的快速释放,可能会对河道生态环境造成一定的影响。因此,有必要对原位注射硝酸钙修复污染底泥过程中硝态氮在底泥中的迁移与转化规律进行研究,以期为原位投加硝酸钙修复污染底泥技术的应用改进以及后续环境影响监控提供参考。本文研究通过使用耙式给药装置投加硝酸钙至底泥,考察硝酸钙在不同颗粒粒径分布底泥中的扩散,并分析投药耙投药效率;通过小试研究投加硝酸钙后,生化修复过程中底泥硝态氮迁移转化规律;通过柱实验模拟各种河道场景,分析向颗粒尺寸分布不同、挥发性硫化物AVS(acid volatile sulfide)浓度不同的底泥投加硝酸钙,并考虑不同水位变化的条件下,上覆水的变化及影响。研究结果表明,使用耙式给药装置向底泥注射硝酸钙溶液,底泥颗粒尺寸大小不同,硝态氮在底泥中的扩散规律不同。在投药24 h至48 h后可观察到,在粗砂颗粒粒径分布的底泥中,药剂主要集中在垂向断面上层,水平方向扩散范围为10 cm,投药效率仅为43%;在粉砂颗粒粒径分布的底泥中,药剂主要集中的垂向断面上层,水平方向扩散范围为10 cm,投药效率可达到78%;在粉土颗粒粒径分布的底泥中,药剂主要集中的垂向断面中间层,水平方向扩散范围为5 cm,投药效率可达到80%以上。投加硝酸钙药剂后,底泥生化修复过程中硝态氮还原为氮气的硫自养反硝化过程占硝态氮总还原量的90%,还原硝态氮为氨氮的异化反硝化过程仅占5%-10%。进一步探究生化修复过程中硝态氮的迁移规律,观察到底泥AVS浓度越高,由自养反硝化还原硝态氮为氮气产生的气腔驱动越大,硝态氮在底泥中越容易表现为向上迁移的趋势。当底泥AVS浓度越高、颗粒粒径越粗,投加硝酸钙生化修复过程,容易引起底泥硝态氮、亚硝氮、氨氮的释放,带来的环境风险也越大。此外,相比于水体持续流动更替的场景,在水体流动受限的场景下,底泥生化修复过程更容易引起上覆水无机氮的积累。