由于人类长期重视经济发展而忽视环境保护,硝酸盐（NO₃^-）已经成为生态系统中主要的污染物。水体中NO₃^-浓度升高会对人体和动物健康造成威胁。本研究在前人对微生物反硝化技术研究的基础上,针对不同NO₃^-污染水,遴选反硝化电子供体,构建反硝化反应器与处理工艺,为NO₃^-污染水的修复提供理论基础及技术支撑。通过批实验对比研究农林废弃物（淘米水（RWD）、秸秆、杨树叶和锯末）作为反硝化碳源去除地下水中NO₃^-的性能,发现RWD具有较高的NO₃^-降解速率。在以RWD为基质的反硝化性能研究中,证明了RWD既可作为反硝化碳源又可作为菌源,且以RWD为菌源的系统中微生物群落结构及溶解性有机质的化学成分简单。接种活性污泥中的优势菌属为Thiobacillus、Anaerolineaceae和Methylophilaceae,投加RWD后的优势菌属变为Ideonella、Cloacibacterium和Enterobacter,而在RWD为反硝化碳源和菌源的系统中,Stenotrophomonas和Enterobacter为优势菌属。以沸石为填充介质构建的上流式反应器可同步处理受NO₃^-污染地下水和RWD废水,RWD/地下水=1/5.5（v/v）时,接种和未接种活性污泥的反应器均能有效去除NO₃^-和TOC,NO₃^-去除率>95%,RWD中TOC浓度下降80%以上。针对模拟海洋循环水产养殖系统（RAS）水（盐度15 ppt）的批实验研究发现,以甲醇为基质的反硝化速率最高,依此为鱼类废弃物、S⁰、桉树覆盖物和桉树覆盖物与S⁰的混合物。同时,发现木材品种影响反硝化速率,松树具有较高的反硝化速率,其次是橡树和桉树;木材与S⁰基质协同反硝化,相较于单独硫自养和木块异养反硝化工艺,具有较高的反硝化速率,且SO₄^2-的生成和COD的释放量较少,可避免二次污染。以S⁰和牡蛎壳为介质构建的间歇式浸没反硝化反应器（IOSDR）,可用于海洋RAS水中NO₃^-的去除,具有反硝化率高、有机碳剩余和生物质产量少等优势,不同HRT下的反硝化速率为84-942 g N/（m³·d）,并随HRT降低而升高;当HRT为12 h时,海洋RAS能有效地控制鱼池中TSS、TAN、NO₂^-、NO₃^-和S^2-浓度在鱼类健康范围之内。通过氮质量守恒估算得知,此RAS中鱼同化7%的氮,取样流失1%,固体去除26%,被动反硝化去除6%,而IOSDR去除60%。为了减少海洋RAS鱼池中SO₄^2-积累,开发了木块与S⁰协同反硝化（WSHAD）和IOSDR的组合工艺（WS-DR）处理海洋RAS水。WS-DR具有反硝化效率高和SO₄^2-产量低等优势,在HRT=12 h时,NO₃^-去除率为90.3%±4.3%,反硝化速率为102.6±8.5 g N/（m³·d）,RAS鱼池中NO₃^-浓度维持在56.8±2.7 mg NO₃^--N/L,SO₄^2-产量(4.25±2.35 mg SO₄^2-/mg NO₃^--N)低于硫自养反硝化理论产值(7.54 mg SO₄^2-/mg NO₃^--N),鱼池中未发现明显的SO₄^2-积累。在WS-DR系统中,运行初期木块释放较多的有机质,异养反硝化占主导（>50%）,而在运行后期有机质释放不足,硫自养反硝化占主导（80%）。木块有机质的释放符合一级动力学,溶解性COD和易生物降解COD释放衰减速率常数分别为0.271和0.403 d^-1。本研究证明了RWD作为碳源和菌源处理NO₃^-污染地下水的有效性,以及S⁰或木质材料与S⁰构建的IOSDR可维持海洋RAS水质在鱼类健康范围之内,为处理不同类型NO₃^-污染水（淡水及盐水）提供了一条新途径。