硝酸盐（NO₃^-）是水环境中常见的污染物之一,由于很容易威胁到人们的健康而引起了越来越多的关注。固相反硝化（SPD）技术高效低耗、对环境友好,且运行维护成本低,因而被广泛应用于去除低有机碳水中的NO₃^-。本研究中,针对低有机碳水体（如地下水、污水处理厂二次出水）NO₃^-污染问题,以木屑为固相碳源,通过批实验和柱实验对木屑作为反硝化碳源的性能进行评价,同时构建以木屑为碳源的固相反硝化（W-SPD）反应器,探究反应器沿水流方向的NO₃^-去除过程和微生物分布情况,对W-SPD反应器内部的沿程反应机制进行剖析,进而开发出适用的碳源梯度填充的SPD反应器去除低有机碳水中NO₃^-的技术,为低有机碳水体生物脱氮技术提供理论参考,并为SPD反应器的构建提供新途径。得到的主要结果如下:木屑作为反硝化碳源可以实现完全反硝化,并有利于形成同时还原NO₃^-和亚硝酸盐（NO₂^-）的环境,降低系统中NO₂^-的积累量,从而降低系统的风险性。木屑反硝化过程中总有机碳（TOC）的释放依赖于微生物作用,水溶作用仅在存在TOC扩散梯度下发生。W-SPD反应器能够持续有效地去除低有机碳水中的NO₃^-（NO₃^-去除率为92.5%⁹6.4%）,反应器内反硝化发生的区域没有TOC和氨氮的积累,进水流速与反应器高度相匹配时,可以实现无二次污染的效果。沿程NO₃^-去除过程符合用零级（R²>0.97）和一级（R²>0.94）动力学联合描述的Michaelis-Menten动力学方程,而沿程微生物反应速率符合Logistic模型（R²>0.99）。W-SPD反应器沿程NO₃^-去除速率和微生物反应速率呈先增加后减小的趋势,并通过微生物数量及其活性分析得到证实。系统中好氧菌、反硝化菌、含碳化合物降解菌和发酵菌共存,从而实现持续有效的NO₃^-去除效果。沿水流方向发生的主导反应依次是好氧降解、异养反硝化和NO₃^-异化还原为铵（DNRA）。碳源梯度减少的填充方式相较于均匀填充而言,强化了SPD反应器进水端的NO₃^-去除速率,在NO₃^-负荷量为7.78±0.10至47.82±0.53 g N·m^-3·d^-1时,梯度填充反应器的NO₃^-去除速率约为均匀填充反应器的1.40¹.56倍。梯度填充反应器能实现较低的NO₂^-和TOC积累量,从而降低出水二次污染的风险性。