硝基苯作为一种重要的化工基础原料被广泛应用于医药、农业、染料等行业，产量巨大，并且逐年递增。在硝基苯的生产和运输过程中可能会发生硝基苯的排放、泄漏，会导致地下水的硝基苯污染。由于硝基苯为高毒性、持久性有机污染物，且具有“三致”特性，因而其造成的地下水污染会极大威胁饮用水的安全和人类健康。因此，寻求有效的硝基苯污染地下水修复技术，并对修复机理、影响因素、修复效果等方面做系统性的研究，对于地下水硝基苯污染的控制与治理具有重要现实意义。目前，针对地下水有机污染的修复技术较多，主要分为原位修复技术和异位修复技术两大类，相比于地下水异位修复，原位修复可以不对污染的地下水进行抽取，在地下对污染进行修复。该方法具有直接快速、经济高效的特点，因而被认为具有广阔的发展前景。现阶段，可用于控制和治理地下水硝基苯污染的原位修复技术主要有泥浆阻截墙法（cut-off wall）、原位生物修复技术（in-situbioremediation）、原位化学修复技术（in-situ chemical remediation）和可渗透反应墙技术（Permeable Reactive Barrier，PRB）。不同的修复技术，其适用条件和限制因素不同，如周期、费用、效果等等。原位反应带技术（In-situ Reaction Zone，IRZ）是由可渗透反应墙技术演变发展而来的一种新兴原位修复技术，该技术具有施工设备简单、修复费用低、效果好且修复范围不受污染羽深度限制的优点。在发达国家，原位反应带技术在氯代烃、重金属等污染场地的治理中已经有一定的应用并取得了良好的修复效果；但在国内的研究刚刚起步，尤其是对于反应带的形成及变化机制、修复区域影响因素的研究、反应带渗透性变化的分析等方面尚需加强，对这些方面的深入研究对于原位反应带技术的实际应用具有重要意义。原位反应带修复技术的关键是选择一种合适的反应试剂，能够在地下环境中形成有效反应带，对污染物进行高效去除。对于地下水硝基苯污染，可以选择的反应试剂较多，如芬顿试剂、铁粉和硝基苯降解菌等，而纳米铁及改性纳米铁在环境修复领域越来越多的应用为此提供新的思路。在国外，利用纳米铁原位还原反应带修复地下水有机物污染的成功案例已有报道，但对于纳米铁颗粒在地下环境中的迁移规律及其对反应带形成的影响研究还很少见，需要进行深入探讨。本研究在综合国内外文献的基础上，利用蔗糖改性纳米铁（Sucrose ModifiedNanoscale Zero-valent Iron，SM-NZVI）作为硝基苯污染修复的反应试剂，通过对蔗糖用量、环境初始pH、铁投加量、共存离子等影响因素的研究，确定还原反应最佳进行条件；并对SM-NZVI迁移机理及特性进行分析，掌握SM-NZVI迁移规律及对反应带形成的影响；在此基础上，通过注入井注入SM-NZVI，对反应带修复范围进行研究，得到反应带形成规律；最后通过模拟实验，创建蔗糖改性纳米铁原位还原反应带，并对反应带修复效果的影响因素、反应带渗透性变化及污染含水层修复效果等方面进行全面系统的研究。具体研究内容和成果如下：（1）蔗糖改性纳米铁还原硝基苯效果研究利用液相化学还原法制备纳米铁及蔗糖改性纳米铁并进行表征，研究了蔗糖改性纳米铁还原硝基苯影响因素，对硝基苯还原动力学规律及铁氧化产物组分进行了分析，主要研究成果为：①纳米铁和蔗糖改性纳米铁平均粒径分别为70~80nm和100~150nm，通过蔗糖改性，可使纳米铁的分散性明显提高。②与未改性的纳米铁相比，蔗糖改性纳米铁对硝基苯的还原能力明显增强。反应10h，硝基苯去除效率提高44.2%，苯胺生成率提高46.4%。③蔗糖添加量会影响改性纳米铁性能，研究表明，当蔗糖添加比例为0.8时，改性纳米铁对硝基苯的还原效率最高。④反应体系初始pH和铁投加量会对还原反应产生重要影响。环境初始pH越低，铁投加量越大，硝基苯还原效率越高。HCO3-、Cl-、SO42-和NO3-均对硝基苯的还原起促进作用，促进作用顺序为HCO3-＞Cl-＞SO42-＞NO3-；Ca2+、Mg2+在不同程度上对硝基苯的还原起抑制作用，且Ca2+的抑制作用大于Mg2+；地下水常见离子在共存状态下对硝基苯还原过程影响较小，可以不予考虑。⑤改性前后纳米铁对硝基苯的还原过程均符合准一级动力学方程，改性前后的反应速率常数分别为2.04×10-3min-1和7.79×10-3min-1。⑥蔗糖改性纳米铁氧化产物主要为Fe3O4和Fe2O3。（2）蔗糖改性纳米铁在饱和多孔介质中的迁移特性及机理研究通过一维模拟实验，研究SM-NZVI在多孔介质中的迁移特性；利用滤床理论和对流弥散方程对SM-NZVI最大迁移距离和沉积速率常数进行定量计算；并通过T-E理论模型对SM-NZVI迁移主要控制机理进行分析，得到如下实验结论：①改性后纳米铁迁移能力提高，SM-NZVI的迁移能力是未改性纳米铁的1.6倍。②含水层介质粒径越大越有利于SM-NZVI的迁移，SM-NZVI在粗砂中的迁移能力是在细砂中的1.63倍。③注入速度对SM-NZVI的迁移能力影响存在临界值，当注入速度低于该临界值时，SM-NZVI的迁移能力随着注入速度的增大而提高，当注入速度高于该临界值时，注入速度对SM-NZVI迁移能力的影响不显著。本实验条件下，影响SM-NZVI迁移能力的临界注入速度约为0.06cm/s。④SM-NZVI的迁移能力随注入浓度的增加而下降。因此，在实际应用中，应综合考虑反应带形成情况与反应试剂浓度对修复效果的影响，选择合适的注入浓度，保证有效反应带的创建。⑤利用滤床理论创建计算模型对SM-NZVI在饱和多孔介质中的最大迁移距离进行预测，改性前后纳米铁在粗砂中的最大迁移距离分别为79.8cm和232.9cm。通过与场地中测得的实际数据比较，表明该模型预测结果具有较好的准确性，这为实际场地中注入井的布设提供了理论参考。⑥SM-NZVI在多孔介质中的沉积速率k值随着注入速度的增加先减小后增大，随着纳米铁注入浓度的增大而减小，这与由穿透曲线得到的结论一致，说明利用一级沉积动力学描述蔗糖改性纳米铁在饱和多孔介质中的沉积过程是可行的。（3）蔗糖改性纳米铁原位反应带形成机理研究通过二维模拟实验，对SM-NZVI反应带地水流方向和含水层垂直方向修复区域进行研究，得到的主要实验结论有：①地下水流速一定时，蔗糖改性纳米铁反应带宽度（地下水流方向修复范围）随含水层介质粒径的增大而增加。②反应带形成初始阶段，地下水流速对反应带宽度的影响不显著。反应带扩展过程中，扩展速率随地下水流速的增加而增大，随时间的增加而减小。扩展后的反应带在水流方向上具有不均匀性。③较高的SM-NZVI浆液浓度不利于反应带宽度的扩展，但与介质粒径和地下水流速相比，浆液浓度对反应带宽度的影响较小。④浆液分次注入的方式可以提高反应带宽度；地下水流速一定时，反应带的扩展速率与注入方式无关。⑤SM-NZVI浆液注入体积一定时，浆液浓度越大，反应带厚度（含水层垂直方向修复范围）越大；注入的SM-NZVI颗粒质量一定时，浆液浓度越小，反应带厚度越大；因此，对于一定量的SM-NZVI颗粒，较小的浆液浓度有利于反应带含水层垂直方向和地下水流方向修复范围的扩展。（4）蔗糖改性纳米铁原位反应带还原硝基苯效能研究创建SM-NZVI原位反应带，考察介质类型、地下水流速、SM-NZVI浓度及注入方式对硝基苯还原效果的影响，同时研究反应带渗透性变化规律，得到的主要实验结论有：①SM-NZVI在介质上的附着会降低硝基苯的去除效果，且介质粒径越小对还原反应影响越大。②在粗砂、细砂介质中，反应带对硝基苯的平均去除率分别72.3%和56.8%，含水层介质粒径越大，反应带对硝基苯的去除效果越好，且反应带渗透性变化相对较小，即较大粒径介质中反应带的可持续修复能力较好。③SM-NZVI浓度为6.62g/L和13.45g/L时，反应带对硝基苯的平均去除率分别为72.3%和80.8%。注入的SM-NZVI浓度较高时，反应带短期内对硝基苯的还原能力更强，但反应带渗透性下降较快，反应带对污染物的持续修复能力降低。④地下水流速为0.1m/d和0.5m/d时，反应带对硝基苯的平均去除率分别为72.3%和36.5%。地下水流速较高时，反应带对污染物的去除能力降低，但较大的水流剪切力促进了产物的迁移，使得反应带渗透性变化不大。⑤污染物浓度为181.7mg/L和352.2mg/L时，反应带对硝基苯的平均去除效率分别为72.3%和45.0%。较高的污染物浓度会加速蔗糖改性纳米铁表面钝化层的形成不利于污染物的还原，反应带渗透性下降较快，反应带可持续修复能力较差。⑥反应带运行过程中渗透性会呈下降趋势，但下降后的渗透系数仍与初始渗透系数在同一数量级上，因此，非极端条件下，蔗糖改性纳米铁反应带的渗透性不会因为还原反应的进行而发生极端改变，堵塞现象较难发生。（5）蔗糖改性纳米铁原位反应带修复硝基苯污染含水层开展污染含水层修复模拟实验，研究不同含水层介质中SM-NZVI反应带对硝基苯的修复效果，考察含水层渗透性变化，具体研究成果为：①反应带形成范围及硝基苯污染的修复效果受含水层介质影响显著。含水层介质粒径越大，反应带修复范围越大，对污染的修复效果越好。在粗砂、细砂介质中，反应带分别运行至50d、40d时进入拖尾修复期，拖尾浓度分别为87.24mg/L和170.24mg/L，60d后，苯胺的平均生成率为40.1%和20.8%。②还原反应的进行使得槽内的pH显著升高，ORP不断下降，反应带运行结束后，粗砂、细砂介质中，pH和ORP平均值分别为8.79和-262.4mv、7.86和-235.7mv，模拟装置内呈现碱性还原环境。③SM-NZVI的注入会使含水层出水量减少，粗砂、细砂介质中，SM-NZVI注入后，出水量分别减少了13.8%和11.9%；反应带运行过程中，出水量相对稳定，说明还原反应对含水层渗透性影响较小。④随着SM-NZVI的注入及还原反应的进行，含水层水头变化增加，且离注入井越近水头变化越明显。⑤SM-NZVI原位反应带的渗透系数低于原含水层介质渗透系数，但渗透系数仍为同数量级；反应运行60d后，粗砂介质中反应带渗透系数下降了60.9%，细砂介质中反应带渗透系数下降了70.6%，但均未出现含水层堵塞现象。⑥反应带的形成和修复能力具有不均一性，注入井处SM-NZVI浓度最高，污染物还原效率也最高，随着与注入井距离的增加，SM-NZVI浓度不断减小，污染物还原效率下降; SM-NZVI随水流迁移，同时缓慢向含水层深部沉淀，因此反应带在含水层垂直方向上也具有不均一性，反应带下部SM-NZVI浓度较高，污染物还原效率更好。本研究的创新点体现在：（1）研究了蔗糖改性纳米铁在饱和多孔介质中的迁移机理及特性，利用滤床理论建立了SM-NZVI在地下含水层中迁移的预测模型，通过与场地工程应用中测得的实际数据比较，表明该模型预测结果具有较好的准确性，模型的建立解决了传统原位反应带修复技术注入井只能依据经验布设的问题。通过实验，得到了SM-NZVI注入速度和注入浓度与最大迁移距离之间的关系方程；采用对流弥散方程和滤床理论对SM-NZVI沉淀过程进行动力学分析；通过T-E（Tufenkji-Elimelech）理论模型计算迁移过程相关参数，阐明了SM-NZVI在饱和多孔介质中迁移的控制机理，为蔗糖改性纳米铁在地下水修复中的实际应用提供理论参考。（2）通过模拟实验，研究了SM-NZVI反应带渗透系数的变化及其影响因素，发现含水层介质类型、地下水流速和污染物浓度是影响反应带渗透性变化的主要因素，获得了修复过程中含水层反应带渗透系数变化规律；通过对不同条件下反应带修复硝基苯效果的评估，揭示了反应带渗透性变化对硝基苯污染修复效果的影响，为提高反应带可持续修复能力奠定了基础。（3）对SM-NZVI原位反应带技术进行了研究，通过实验室二维模拟实验创建了SM-NZVI原位还原反应带，考察了不同含水层介质中反应带对硝基苯的修复效果及地下环境pH和ORP变化情况，并进一步阐明了反应带形成及变化规律，为反应带的实际应用提供理论指导。