随着生活污水、含氮工业废水的排放以及大量氮肥的施用,地下水硝酸盐的污染日益加重。硝酸盐会直接或间接的对人体健康,尤其是婴幼儿造成伤害,已成为全世界关注的重要的环境问题之一。目前,去除地下水中硝酸盐的方法主要有离子交换、反渗透、电渗析、化学还原法和生物反硝化等。从运行成本、去除效果等方面考虑,后两种方法是经济有效的地下水污染原位修复技术。其中,以零价铁（Fe⁰）和固体有机碳源为填料的可渗透反应墙（Permeable reactive barrier,PRB）地下水原位修复技术已在欧美国家受到广泛关注。Fe⁰化学还原存在的主要问题是反应产物为氨氮,也需要去除。生物反硝化法中异养反硝化需要有机物的支持,会存在有机物二次污染问题,自养反硝化又需要足够的电子供体才可以还原硝酸盐。因此,本研究考察了Fe⁰还原、异养反硝化和自养反硝化三种方法共存的耦合脱硝体系对地下水中硝酸盐的去除效果。以模拟地下水为研究对象,以锯末、Fe⁰为反应介质,以活性污泥为反硝化菌种来源,探讨了p H值、溶解氧（DO）、锯末预处理、铁粉粒径以及地下水中常见的阴、阳离子等因素对耦合体系硝酸盐去除以及反应产物的影响。通过Fe⁰化学还原、锯末支持的生物反硝化、Fe⁰支持的自养反硝化以及耦合体系的比较试验,并借助SEM、XPS表征等手段探讨耦合体系的硝酸盐去除机理。通过高通量测序分析手段考察了耦合体系优势菌种及相对丰度,了解体系的群落结构多样性,得到以下结论:（1）在耦合体系中,当pH值在6-9范围内变化时,pH值对硝态氮的去除和亚硝态氮、氨氮的积累影响不显著。当pH值为4.5时,虽然体系中硝态氮的去除速率有所提高,但反应过程中出现了浓度较高的亚硝态氮积累,并且最终产物主要为氨氮。DO值在0-6.5的范围内变化时,DO对硝酸盐的去除、亚硝态氮和氨氮的积累几乎没有影响。但p H值和DO对N2O的转化以及可溶性铁有显著影响。（2）预处理后的锯末体系硝酸盐去除速率都有所降低,其中NaOH-H2O2处理的锯末体系降低的幅度较小。相比未处理锯末体系,三种处理后的锯末都导致体系中亚硝态氮、氨氮的积累值升高,NaOH-H2O2处理的锯末体系中亚硝态氮的积累值最高为4.9mg/L,H2SO4-超声波处理的锯末体系中氨氮积累值最高为20.9mg/L。通过锯末预处理可以降低体系中的DOC,避免二次污染。（3）在Fe⁰单独还原硝态氮的体系中,铁粉粒径大小对硝态氮的去除几乎没有影响。耦合体系中,当铁粒径大于1000目时,随着粒径的减小硝态氮的去除速率越快,但当粒径减小到3000目时,体系中的反硝化速率却有所降低,亚硝态氮和氨氮的积累均受到铁粉粒径的显著影响。总体来看,随着铁粉粒径的减小,体系中两种形态的N浓度值都有大幅度的升高。在实验铁粉粒径范围内,粒径100目是耦合体系较为理想的选择。（4）几种常见无机阴离子都不同程度地促进了耦合体系对NO3-的还原,其促进作用大小为:HCO3->SO42->PO43->Cl-。HCO3-和高浓度SO42-会降低亚硝酸盐还原酶的活性,导致亚硝态氮的积累,同时还会促进Fe⁰对体系中硝态氮的化学还原,导致较高的氨氮转化率。PO43-的存在会降低铵态氮的转化率,提高总氮去除率。阴离子的存在使得体系中DOC的浓度升高,可溶性总铁浓度降低。（5）不同阳离子对耦合脱硝体系硝酸盐去除的促进作用为:Ca2+（200mg/L）>Ca2+（400mg/L）>Mg2+（400mg/L）>Mg2+（200mg/L）>Fe²⁺（50、100mg/L）>Fe³⁺（50mg/L）>对照=Na+（100、200mg/L）>Cu2+（200mg/L）>Fe³⁺（100mg/L）>Cu2+（100mg/L）,实验结果表明,阳离子对耦合脱硝体系的影响不仅与离子种类有关,还与其浓度大小有关。（6）Fe³⁺和Fe²⁺对Nar和Nir两种酶有抑制作用,导致较高浓度的亚硝态氮积累。除Na+外,其它离子都不同程度的增加了氨氮的积累,尤其是Cu2+、Fe³⁺和Fe²⁺存在的体系。Cu2+会导致TOC浓度升高,还会使耦合体系中出现较高的可溶性铁,但是到反应的最后阶段可溶性铁会降至较低水平。（7）阳离子对总氮的去除并没有显著的促进作用,Fe³⁺、Fe²⁺、Cu2+导致总氮的去除率降低,尤其是Cu2+体系中的最终去除率不足20%。存在Fe³⁺或Fe²⁺的脱硝体系中,总氮的去除率最高只有80%,而其它体系的总氮最终去除率都接近100%。（8）耦合体系中硝酸盐去除的主要机理是生物反硝化,既有异养反硝化,也有氢自养反硝化,前者起主导作用。Fe⁰的主要作用是腐蚀产氢,为自养反硝化提供能源,Fe⁰反应结束后主要以Fe3O4和FeOOH两种形式存在。异养反硝化产生的CO2不仅可以给自养反硝化菌提供无机碳源,还会促进Fe⁰的腐蚀。锯末-Fe⁰耦合体系中硝酸盐的去除率为99.1%,反应过程中几乎没有亚硝态氮、氨氮的积累,N2O的转化率也很低,不足1%。高通量测序结果表明,相对于锯末支持的生物反硝化体系,耦合体系中的Fe⁰对体系中的微生物菌属丰度有影响,但对群落结构影响不显著。