为了避免地下水硝酸盐污染对生存环境和人类生活的负面影响,采取有效措施进行地下水硝酸盐修复是非常有必要的。生物脱氮技术由于效率高、能耗低等优势而被广泛应用于地下水硝酸盐的处理,但是天然地下水中往往存在着碳源不足等问题,导致反硝化过程受到限制。本研究中,针对地下水中硝酸盐污染,采用花生壳这一常见农业废弃物作为反硝化碳源,通过对花生壳的理化成分及吸附性能实验分析,探究花生壳在无微生物作用下对硝酸盐的吸附特性。通过对比分析花生壳、玉米芯和锯末分别为碳源时的反硝化性能,探讨花生壳在异养反硝化技术中的适用性。另外,通过批实验优化反应参数,确定花生壳反硝化系统的最佳运行条件,并构建生物填料床反应器,探究花生壳在异养反硝化系统中的运行条件及使用寿命。研究结果表明,相比于接种污泥条件下,添加活性污泥的花生壳系统表现出良好的硝酸盐降解率(100%)和较低的亚硝酸盐积累率(11.2%),证明花生壳对硝酸盐降解的主要作用在于提供碳源支持微生物主导的反硝化过程。通过比较花生壳、玉米芯和锯末的反硝化系统发现,3种材料的碳释速率均符合二级动力学方程(R~2>0.9),且花生壳反硝化系统对硝酸盐的去除率达到100%,去除速率为11.1 mg N/(L·d),氨氮的积累量和剩余有机碳量最少。微生物群落结构分析表明,在花生壳反硝化系统中生物降解菌(Sorangium、Cloacibacterium和Cellulomonas)和反硝化菌(Alicycliphilus和Terrimonas)共存。批实验优化结果表明,当花生壳投加量在3~5 g/L时,系统中无亚硝酸盐和氨氮的积累;硝酸盐还原菌的最适pH约为7.0左右,且亚硝酸盐还原菌对pH的变化更为敏感;花生壳尺寸对反硝化效果不会产生明显影响。序批式连续流实验结果表明,1 g花生壳所能去除的硝酸盐量约为28.5 mg/L,花生壳中含有的蛋白质全部参与反硝化过程,且唯一产物是氨氮。构建生物填料床反应器的实验结果证明,硝酸盐的最大还原速率为39.17 mg/(L·d),但花生壳释碳能力逐渐变弱,在连续流实验中有机碳流失较快,应针对反应器结构、填充方式(如阶梯式填充)等方面进一步研究,以保证花生壳碳源的有效利用。本研究表明花生壳为碳源可以高效降解地下水中的硝酸盐。