工业化过程中的大量污染物排放,以及农业生产过程中化肥、农药的大量使用,直接或间接导致土壤、地下水出现三氮（NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N）污染问题,危害生态环境和人类的健康。目前关于地下水环境中氮污染的研究,主要集中在水、土环境监测、迁移转化机理以及地下水控制与修复技术研究,结合研究区,针对地下水中三氮降解菌及其附载材料效果研究甚少报道。本论文以国家十二五水专项项目为依托,针对东北某农作区地下水氮超标问题,在综合分析已有资料和科研成果基础上,进行研究区地下水环境调查和监测,分析研究区地下水环境特性（水化学类型、水化学要素、微生物种群等）,在此基础上,富集筛选用于修复氮污染地下水的微生物活性介质材料——三氮降解菌,考察其降解特性;并结合课题组已研发的天然矿物材料——火山渣,制备吸附-降解型复合活性介质,分析主要影响因素和作用机制;开展氮污染地下水动态去除效果实验,利用现代分析技术,辅助揭示其动态作用特性。研究成果为氮污染地下水的控制与修复技术研发和应用提供重要科学依据。通过本论文研究,主要取得以下成果:1、基于宏基因组测序技术,揭示了地下水微生物菌群动态变化特征,分析微生物与环境因子之间的关系。地下水中微生物主要由Proteobacteria、Firmicutes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Planctomycetes等组成,占总序列96%以上;优势菌属与水环境要素Fe2+、Mn²⁺、NH₄⁺、NO₃^-、NO₂^-、DOC、pH值以及HCO₃^-含量具有相关性。2、筛选出了适用于低温、低氧、寡营养等实际地下水赋存环境特点的三氮土著降解菌,并揭示其作用特性。120h内去除率分别为90.83%、74.97%、73.35%;降解过程符合二级降解动力学方程;通过宏基因组测序测得菌种主要为Pseudomonas、Serratia、Enterobacter、Azomonas、Ewinglla、Paenibacillus、Janthinobacterium等菌属占总序列97.06%;通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,简称SEM）观察到菌株主要为杆状,长约150nm,直径约50nm;通过Plackett-Burman（简称PB）实验和中心组合实验对菌种适宜的培养条件进行优化。优化结果为（g/L）:K₂HPO₄·3H₂O4.0、NaCl0.1、MgSO₄·7H₂O0.0962、CaCl₂0.4、MnSO₄ 0.1、FeSO₄ 0.1、CON₂H₄ 1.936、C₆H₁₂O₆5.0,另外pH值为7.22、DO含量为1.804mg/L。3、考察吸附-降解型复合活性介质对三氮的去除效果及影响因素研究。采用正交实验设计法对降解菌固定化火山渣条件进行优化,并对比火山渣与复合活性介质对三氮作用效果。结果表明:复合活性介质对三氮的去除率明显优于单一矿物火山渣,1h内复合活性介质对NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N的去除率分别为96.05%、82.40%、83.16%,作用规律符合准二级动力学方程;复合活性介质去除三氮的最佳pH值为7,HCO₃^-、CO₃^2-对介质去除三氮具有抑制作用,Fe2+、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺对介质去除三氮基本具有低浓度促进高浓度抑制规律,SO₄^2-对介质去除NO₃^--N略有影响,对NH₄⁺-N具有低浓度促进高浓度抑制的规律,对NO₂^--N具有低浓度促进高浓度抑制的规律。4、结合微型模拟柱揭示吸附-降解型复合活性介质对三氮的动态作用特性。不同流量、三氮初始浓度条件下,作用过程符合Thomas模型;不同填充高度条件下,作用过程符合Bohart-Adams模型。复合活性介质微型柱动态效果模拟实验,在2个月运行期内,三氮含量均低于饮用水标准,可以将复合活性介质应用于三氮超标地下水原位及异位处理技术中。5、利用现代分析技术,辅助揭示介质对三氮的作用特性。通过原子力显微镜（Atomic Force Microscope,简称AFM）观察固定化前后微观变化,固定化后比表面积较降解菌有较大的增加,有利于提高吸附材料的吸附效果;通过SEM从微观角度分析作用机理,对比作用前后,作用后介质表面孔隙被填充;通过宏基因组测序对复合活性介质表明降解菌进行动态监测,作用过程介质表面降解菌菌群结构组成动态变化较小,丰度差异性较大。