近年来,硝态氮污染及其对人类健康、自然环境和经济发展的影响日益严重,因此开发高效安全、成本低廉的硝酸盐氮去除方法具有非常重要的研究价值和应用前景。生物电化学系统（BES）降解废水中硝酸盐氮既有传统生物法环境影响小的优点,又有电化学系统的高效率,因此成为了近年来科研工作者的重要研究课题。本研究基于BES生物阴极的反硝化,讨论蓝藻生物炭、纳米零价铁、生物炭负载纳米零价铁对生物阴极脱氮过程的影响及机理。首先,制备KOH改性的蓝藻生物炭（BC）,然后利用液相还原法制备纳米零价铁（n ZVI）和蓝藻生物炭负载纳米零价铁（BC-n ZVI）。用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、N2吸附-脱附实验、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FTIR）等方法对材料进行分析表征。下一步,搭建四组BES反应器,分别命名为对照组、BC组（添加蓝藻生物炭）、n ZVI组（添加纳米零价铁）和BC-n ZVI组（添加蓝藻生物炭负载纳米零价铁）,对反应周期内各BES生物阴极的硝态氮、亚硝态氮和氨氮的含量进行测定;此外,笔者还借助电化学分析,使用循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）表征三种材料对BES生物阴极的电化学性能的影响;借助SEM和EDS观察分析碳刷上微生物的形态及元素;测定还原型辅酶Ⅰ（NADH）和氧化亚氮还原酶（NOS）的浓度来探究不同反应组硝态氮降解过程中的生理生化差异;最后,利用Illumina高通量测序和群落功能预测（PICRUSt）技术,探究在添加材料后生物阴极硝态氮去除过程中微生物群落结构、相关酶丰度以及功能基因表达的变化。主要结论如下:（1）SEM图像显示生物炭具有丰富的孔隙结构,可以作为纳米零价铁的良好载体;生物炭负载纳米零价铁比表面积高达120.9 m~2/g,是纳米零价铁单质的3.5倍。EDS、XRD、XPS和FTIR等一系列表征方法都证实纳米零价铁成功负载到生物炭上。（2）对四组BES的反硝化过程进行比较,在初始NO3--N浓度为100 mg/L时,BC-n ZVI组在28 h内实现硝酸盐完全去除,而积累的氨达到63.33 mg/L。四组反应器拟合后的NO3--N去除速率常数分别为0.171（BC-n ZVI）,0.110（n ZVI）,0.023（BC）和0.010 h-1（对照）。通过计算对比四组反应器CV曲线的闭合面积,发现BC-n ZVI组是对照组的1.8倍。CA的测试结果表明BC-n ZVI组拥有最高的电子交换容量（EEC）。因此BC-n ZVI具有最好的电化学性能。（3）SEM成像和EDS能谱图中观察到BC-n ZVI组中微生物更加集聚,颗粒化程度和分布密度超过其他三组,且Fe元素和O元素含量更多。相对于对照组、BC组和BC-n ZVI组,BC-n ZVI组的NADH和NOS酶活性比其他三个组更快地达到峰值。测定结果表示,实验组酶活性越高,系统的反硝化效率就越高。（4）通过Illumina高通量测序和OTU分析,发现四组微生物群落结构具有明显差异。在BC-n ZVI组中,属水平负责电子传递、氢气产生和抗金属的微生物菌群得到富集,如Fusibacter（梭菌,84.2%）、norank＿f＿Chitinophagaceae（82.7%）、norank＿c＿KD4-96（66.1%）、norank＿f＿67-14（62.4%）、g＿Dechloromonas（脱氯单胞菌,50.73%）。通过PICRUSt分析关键酶的相对丰度及功能基因,表明添加BC-n ZVI之后,BC-n ZVI组中多种酶的丰度发生较大程度的改变,铁介导的反硝化酶和电子转移酶得到富集。Q:次生代谢产物的生物合成、转运和分解代谢;L:复制、重组和修复;C:能量生产与转化途径的功能基因明显优于对照组。