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目前，我国地下水污染的问题日益突出，地下水污染问题引起了专家学者和广大群众的广泛关注。在我国北方地区，由于广泛开展农业种植活动，农业活动中使用大量的氮肥造成地下水中硝酸盐的污染。因此文中主要关注地下水硝酸盐污染的问题，期望通过实验研究能够给予实际应用以相关的理论支持。本研究通过异养生物反硝化方法去除模拟地下水中的硝酸盐。在实验研究中构建的反应器里，选择麦饭石这种天然矿物原料作为反应器中的填充介质，以模拟原位修复地下水常见技术PRB渗透反应墙的作用。实验研究了温度分别为20℃和40℃时麦饭石的溶出特性，测定出麦饭石可以溶出铁、钴、镍等多种有利于微生物生长的微量元素，进而增强反硝化的效果。通过对麦饭石溶出动力学的研究，得到麦饭石溶出锰元素在20℃时溶出速率常数为0.047，在40℃时为0.0488，高温有利于麦饭石的溶出。溶出锰元素的反应活化能为2.44kJ/mol。在去除硝酸盐的动力学研究部分，研究了不同温度和碳氮比对反硝化的影响，同时测定了亚硝酸盐和氨氮的浓度，对降解曲线进行了拟合，拟合结果符合一级动力学方程。通过响应曲面法实验，研究了碳氮比、温度和外加磷对反硝化反应的共同影响，得到响应曲面的等高线，通过ANOVA分析方法分析了3个影响因素对出水中硝氮浓度、亚硝氮浓度和氨氮浓度这几个响应的影响程度，进而得到拟合方程。通过柱实验研究，进一步研究了在长期运行的连续流条件下，碳氮比和外加磷对去除硝酸盐和亚硝酸盐积累的影响。实验得到在碳氮比在0.9～3.0的广泛范围内，硝酸盐的去除率都能达到95%以上，加入磷酸盐之后，当碳氮比为0.9时，硝酸盐平均去除率为99.53%，亚硝氮积累量从7.22mg/L降低至1.15mg/L，而外加磷主要影响了亚硝氮的积累。利用分子生物学的方法提取附着在麦饭石上的生物膜的DNA，通过16S rDNA分析和DNA测序等方法，得到参与反应的微生物中β变形菌是优势菌种，并分析了部分同源微生物菌种。最后通过一组反硝化反应测定了活性污泥的电子传递体系ETS-INT随硝化反应的进行，ETS-INT从85.5mg/(g·h)增长到99.1mg/(g·h)，在此时达到峰值后又降低到83.9mg/(g·h)。