硝酸盐是一种典型的地下水非点源污染物,影响了地下水作为饮用水水源的广泛应用。含氮化肥的大量施用、工业及农业未处理废水的过量排放等人类活动加剧了地下水硝酸盐污染的现状。针对于地下水硝酸盐污染的严重性、危害性和广泛性,研究者开发了一系列处理工艺以修复被硝酸盐污染的地下水。近年来,自养反硝化技术,特别是硫自养反硝化技术以其稳定而高效的反硝化效果、价廉易得的材料等优势,逐渐成为地下水硝酸盐污染生物修复技术中的研究热点。本研究采用硫铁矿为电子供体,设计硫铁矿自养反硝化批试验和柱实验去除模拟地下水中的硝酸盐。首先比较了硫铁矿与硫磺分别与贝壳粉组建的反硝化系统对硝酸盐的处理效果,初步探究硫铁矿在硫自养反硝化技术中的适用性,并对比不同硫源的反硝化能力;通过对硫铁矿自养反硝化系统中硝酸盐、硫酸盐等的测定、微生物群落结构的分析和中间产物的检测,进一步解析硫铁矿反硝化作用机理;最后,以硫铁矿与辅助填料(沸石、麦饭石)的不同组合组建反硝化柱进行连续流实验,进一步验证硫铁矿在地下水硝酸盐污染生物修复技术中的适用性,并通过改变环境温度、进水硝酸盐含量等进一步探究反硝化柱对硝酸盐的降解能力。研究结果表明,相比于硫磺为电子供体,硫铁矿表现出良好的硝酸盐去除速率、较低的硫酸盐积累和稳定的p H,证明其可以被微生物作为反硝化的电子供体。微生物群落分析及对中间产物的检测表明,Sulfurimonas denitrificans是利用硫铁矿进行反硝化作用的主要微生物,其与硫铁矿相结合并在细胞外利用硫铁矿固体进行反硝化作用,同时硫铁矿逐步被氧化为硫酸盐。通过比较硫铁矿与不同比例沸石及麦饭石组建反硝化柱的脱氮性能发现,硫铁矿+麦饭石+沸石反硝化柱对50 mg-N/L硝酸盐的最高去除率达99%,系统中无氨氮和亚硝酸盐的积累。此外,当反硝化柱暴露在室温为20℃的环境中,其硝酸盐还原率会降低约50%,并且随着进水硝酸盐含量的升高,柱中硝酸盐去除率逐渐降低。当进水中硝酸盐为100 mg-N/L时,在第52 d去除率约为55%,并且伴有亚硝酸盐的积累。本研究为硫铁矿自养反硝化技术在地下水硝酸盐污染生物修复技术中的适用性提供了理论支持,有助于开发适用于地下水硝酸盐污染的处理技术。