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地下水是重要的饮用水源,而其日益严重的硝酸盐污染对健康造成极大威胁,已成为世界性的环境问题,急需修复、治理和防护。针对地下水生物脱氮因碳源缺乏,现有处理方法各有利弊。本研究提出一种生物质+化学催化耦合载体新工艺,将生物反硝化过程与原电池化学反应相耦合,分别为异养反硝化菌和自养反硝化菌提供充足电子,实现高效脱氮,可为地下水中深度脱氮的实现提供新思路,新方法。本研究以自制生物质(biomass)+微电解化学催化(micro-electrolysis chemistry-catalyzed granule)耦合载体(简称B+MC耦合载体)作为处理装置的填充载体,以好氧反应器模拟浅层地下水有氧环境,以厌氧反应器模拟深层地下水的厌氧、缺氧环境,探究其对硝酸盐氮的去除情况。反应器生物处理启动迅速,均在15天左右挂膜成功。以硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮的去除效果及体系内COD、pH值的变化为控制指标,研究水力停留时间(HRT)、溶解氧(DO)、反应器运行方式等影响因素,研究耦合载体的释碳效率、损失率、经济效益等,在此基础上将工艺进行优化,实现高效脱氮。结果表明,好氧反应器在HRT=12h、DO=2.0～3.0 mg/L的最佳工艺条件下,硝酸盐氮浓度由进水的29.54 mg/L处理到平均浓度2.53 mg/L,平均去除率≥91.24%;厌氧反应器在HRT=14 h的最佳工艺条件下的硝酸盐氮进水的29.54 mg/L处理到平均浓度1.03 mg/L,平均去除率≥96.32%,两反应器出水硝酸盐氮均能达到或优于《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)的Ⅱ类标准。好氧反应器和厌氧反应器的出水亚硝酸盐氮平均浓度分别为0.02 mg/L和0.03 mg/L,满足饮用水水质标准;好氧反应器的出水中氨氮的浓度<0.50 mg/L,达到饮用水水质标准。反应器长期运行524d仍保持良好的脱氮效果,并未出现堵塞现象。采用高通量测序技术对好氧反应器和厌氧反应内的微生物群落结构与功能关系进行分析。结果表明,反应器内优势菌属具有反硝化功能(如Thiobacillus、Ferritrophicum、Denitratisoma等),部分细菌具有降解纤维素的功能(如Clostridium、Longilinea等)。探讨了反应器内异养反硝化、自养反硝化及原电池化学反应等多重耦合关系。本研究可以为受硝酸盐氮、氨氮污染的地下水修复提供更为经济、无需外加碳源或缓冲剂、无二次污染的新方法。