由于全球范围内的富营养化以及地下水硝酸氮污染越来越严重,脱氮已成为提高水体水质重要步骤,而反硝化作为脱氮反应的最后一步,更具有重要的意义。相对于传统异养反硝化有可能造成二次污染的缺点,硫自养反硝化由于无需外加碳源的优点成为了近年的研究热点。然而,硫自养反硝化菌的生长周期长且对外界环境的变化敏感,导致反硝化的效率较低。为了提高硫自养反硝化的速率,本论文中采用UASB反应器,将活性炭作为硫自养反硝化菌生长繁殖的载体,形成生物活性炭（BAC）系统,用于去除水中的NO₃^--N,取得了以下结论和成果:该系统在进水NO₃^--N浓度为10¹00mg/L,水力停留时间（HRT, hydraulic retention time）在0.67⁴h的范围内,能获得90%以上的NO₃^--N去除率和80%以上的TN去除率,最大进水NO₃^--N负荷（NLR, nitrogen loading rate）为1.12kgN/m³·d,最低HRT为0.67h,最佳脱氮浓度为40mg/L,出水中基本没有NO₂^--N的积累。对比BAC系统148天的运行结果与普通厌氧污泥76天的运行结果,发现BAC系统具有更高的脱氮效果,更短的停留时间,更加安全稳定的运行效果。研究了BAC系统处理含低浓度有机物的NO₃^--N废水的可行性,在进水中添加低浓度的COD以模拟实际水质,试验结果发现,低浓度COD的添加对整个系统的脱氮效果基本没有影响,且促进了部分异养反硝化菌的生长,这在一定程度上分担了硫自养反硝化的脱氮负荷。实验证明,将进水S/N降低到0.7,既不影响脱氮效果,又降低了出水中硫酸盐的浓度,表明BAC系统结合硫自养反硝化适用于实际水体。对反应过程各个阶段的泥样进行SEM观察以及分子生物学实验分析,发现本实验中培养得到的硫自养反硝化菌为一短杆菌,可大量吸附于活性炭表面,目前尚未在基因库中找到与其相似性大于60%的已知细菌基因片段,且与传统的脱氮硫杆菌亲缘性较低。利用实时定量PCR考察了反硝化菌在整个培养运行过程中的生长情况及外界对其的影响,结果显示:污泥中反硝化菌的浓度经驯化后有所下降,继而在运行中逐渐上升。说明驯化淘汰了大部分异养反硝化菌,而硫自养反硝化菌在运行过程中逐渐生长,且在系统中起主导作用。在BAC系统中,颗粒活性炭（GAC）起到生物富集及生物载体的作用,硫自养反硝化菌与少部分异养反硝化菌相辅相成,最终系统达到了高效低耗的脱氮效果。