在众多脱氮方法中,生物反硝化表现出高回收率、脱氮彻底、运行成本低、可持续性的优点,其中氢自养反硝化菌因清洁脱氮表现出独特优势。磁性壳聚糖凝胶球(MCHBs)作为一种以天然的生物质为原料的新材料,目前广泛用于水处理领域,但在固定化微生物技术上的应用鲜有报道。本研究在利用现有制备MCHBs的方法,制得MCHBs,并且对其进行表面结构改性制得改性磁性壳聚糖凝胶球(MMCHBs),同时对改性前后凝胶球的各项性能参数进行比较;然后从活性污泥中筛选出氢自养反硝化菌后将其分别吸附固定于MCHBs与MMCHBs上制得磁性壳聚糖凝胶球固定化菌(MCHBs-HDB)和改性磁性壳聚糖凝胶球固定化菌(MMCHBs-HDB),分别探讨其反硝化性能、稳定性、缓释性能等,为磁性壳聚糖凝胶球固定化菌在可渗透反应墙(PRB)填料中的应用及原位修复硝酸盐污染技术发展提供有效理论支撑。本研究主要结论有:(1)经表征发现,氢自养反硝化菌能够被成功固定于MCHBs上;相比于游离菌,MCHBs-HDB在硝酸盐氮浓度为50 mg/L时能较好去除硝酸盐氮,固定化细菌在一定程度上提高了反硝化效率;在初始p H为7～9时,利于固定化氢自养反硝化菌进行硝酸盐氮的去除,但磁性壳聚糖凝胶球在一定程度上拓宽了氢自养反硝化菌对p H的耐受范围,在弱酸性p H=6时的地下水环境下仍能进行反硝化作用。MCHBs的加入对于氢自养反硝化菌在C/N比适应范围内没有明显优化,仍在微生物本身适应范围内。(2)5次循环后,MCHBs-HDB对硝酸盐氮的去除率仍大于90%,亚硝酸盐氮的积累小于5 mg/L,且无氨氮的积累,说明固定化氢自养反硝化菌经5次重复性实验后仍能保持良好的反硝化能力及磁性,在对地下水硝酸盐氮污染修复的实际应用中具有良好的重复利用性。(3)通过利用壳聚糖可以溶解于酸性溶液中的性质,对MCHBs进行表面结构改性,制得MMCHBs,通过与MCHBs对比各项性能参数得出,MMCHBs与MCHBs的直径、膨胀系数及力学强度相当,但比表面积为MCHBs的45.8倍,传质性能提高73.92%。(4)通过在对比MMCHBs、MCHBs-HDB和MMCHBs-HDB,得出在MMCHBs-HDB去除硝酸盐过程中以氢自养反硝化菌的反硝化作用为主,且与MCHBs-HDB相比,MMCHBs-HDB具有更高效去除硝酸盐的能力。通过在不同单因素影响下对硝酸盐的去除研究,发现MMCHBs与MCHBs相似,对环境的调节能力主要表现在对环境p H的调节上。同时,MMCHBs-HDB具有良好的稳定性及缓释性能。(5)MMCHBs-HDB还原硝酸盐的动力学模拟符合零级反应动力学。此外动力学常数随初始浓度的增加呈现出递增趋势,说明MMCHBs-HDB在适宜环境下可高效还原较高浓度的硝酸盐。MMCHBs调节环境p H主要在MMCHBsHDB对环境的适应期内,使p H值处于氢自养反硝化菌适宜p H范围内。(6)MMCHBs-HDB与MCHBs-HDB在实际地下水组分的环境下对硝酸盐的还原,得出MMCHBs-HDB与MCHBs-HDB均能有效去除硝酸盐,72 h后去除率分别为83.51%和63.56%,亚硝酸盐氮分别为5.52 mg/L、9.47 mg/L。但由于实际地下水中组分复杂,其中包含硫酸盐,与硝酸盐存在电子竞争作用,使得反应初期MMCHBs-HDB与MCHBs-HDB动力学均不符合零级反应,反应进入第2段后符合零级反应,动力学常数分别为0.714和0.522。