地下水中硝酸盐氮（NO3--N）污染是普遍现象,对生态环境、人体健康甚至社会可持续发展构成严重威胁,亟需引起高度重视。铁自养反硝化成本低、外加碳源需求量低,已成为地下水脱氮领域有应用前景的技术。然而,在铁基生物反硝化技术去除地下水NO3--N污染的过程中,零价铁（Fe~0）极易板结、钝化,从而限制反硝化过程,导致脱氮效率较低。为此,本文首先通过序批式实验研究验证碳纤维强化Fe~0生物反硝化去除地下水NO3--N的可行性。然后,基于模拟地下水水质,开展了碳纤维强化Fe~0生物反硝化可渗透反应墙（PRB）装置去除地下水NO3--N试验研究。通过单批次物质转化、Fe~0形态及晶型变化、污泥特性变化研究、微生物群落及功能基因演变规律,分析了碳纤维强化作用的微生物学机理。最后,通过一系列对碳纤维材料的表征,进一步深化了碳纤维强化Fe~0生物反硝化的机理。论文的主要结论如下:（1）碳纤维强化零价铁生物反硝化序批式装置去除地下水中NO3--N研究在不同进水C/N比或HRT的条件下,碳纤维强化Fe~0反硝化实验组内脱氮效果均显著提升,脱氮效率最高可达84.06%。碳纤维促进Fe~0腐蚀作用可降低体系DO浓度,保证反硝化过程高效运行。单批次物质转化结果得出,碳纤维强化Fe~0反硝化体系内,自养与异养对脱氮贡献比值约为4:5。污泥特性变化研究表明,碳纤维的投入有利于微生物的富集生长、生物质的附着,从而提升生物量、EPS及ETSA。微生物群落与功能基因分析表明,碳纤维的投入可提高不动杆菌属（Acinetobacter）从毛单胞菌属（Comamonas）及假单胞菌属（Pseudomonas）等铁自养反硝化菌属的相对丰度,并可提升体系内反硝化功能基因丰度。（2）碳纤维强化零价铁生物反硝化PRB去除地下水NO3--N研究在不同进水C/N比或HRT的条件下,碳纤维强化Fe~0反硝化实验组内脱氮效果明显提升,脱氮效率最高可达92.02%,且NO2--N平均积累量相比更少。pH值、DO浓度变化规律表明,碳纤维的投入可通过促进Fe~0腐蚀的方式,使体系DO浓度维持在适宜反硝化的范围内,且会提高体系pH值。反应前后Fe~0形态及晶型变化说明碳纤维不仅可以促进Fe~0的深度腐蚀,还可促进腐蚀产物向铁生物复合物转变。污泥特性变化研究表明,碳纤维的投入可促进细胞EPS的合成、促进ETSA提升,从而有利于体系脱氮过程。微生物群落与功能基因分析表明,C/N比提升可促进体系内反硝化功能微生物的多样性提升,有利于异养反硝化菌属丰度的提升,并可显著促进体系内反硝化功能基因的富集。碳纤维材料的投入有助于强化反硝化群落的稳定性,提高反硝化功能微生物的多样性,提升不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）等铁自养反硝化相关菌属丰度,并亦可使各反硝化还原酶的活性处于更高水平。（3）碳纤维强化零价铁生物反硝化脱氮机理研究根据碳纤维的表观形貌变化,使用后碳纤维材料表面附着有铁及铁的氧化物,这可能有利于碳纤维对NO3--N的吸附、对微生物的粘附及生长。根据碳纤维的XRD分析可知,使用后碳纤维表面的颗粒状物质为铁的氧化物,主要以Fe3O4、铁生物复合物、Fe~0为主。碳纤维材料不仅可促进Fe~0的腐蚀,还可通过铁氧化物修饰表面,增强对NO3--N的捕集及功能微生物的富集。对碳纤维的XPS分析结果表明,铁元素通过附着等方式与碳纤维形成复合材料,碳纤维内铁元素以Fe3+为主。碳纤维的FTIR分析表明,反应前后碳纤维表面官能团发生的变化与碳纤维强化Fe~0混养反硝化脱氮过程无显著关联。碳纤维的CV及EIS分析证实,碳纤维材料具有较强的化学稳定性,但可逆氧化还原能力有限;反应后碳纤维材料的阻抗降低,导电性增强。