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地下水中过量的含氮污染物（主要表现为硝酸盐）会造成富营养化现象,当其通过饮用水和食物链进入人体后,将给人类健康带来严重威胁,因此去除地下水中的氮污染是一项迫在眉睫的任务。电化学方法逐渐进入研究者的视线,其能克服许多其他物理化学方法的局限性,在实际地下水场地修复中也具有推广应用的潜力。电化学还原脱氮主要包括生物电化学系统脱氮和电化学催化脱氮两种,本文的研究主要以这两种方法为切入点,探究电极表面结构和水环境中的共存污染物这两个因素对电化学还原硝酸盐的影响。碳基阴极广泛用于生物膜电极反应器（Bioelectrochemical reactor,BER）以促进含氮污染物的生物电化学反硝化,但此前关于碳基阴极的表面化学成分与结构对电极表面微生物膜的影响却知之甚少,然而这对于BER去除硝酸盐的性能起着重要作用。本研究通过对用于三维BER的石墨颗粒电极进行不同的酸处理,以改变其表面化学组成,并探究其与BER去除硝酸盐性能之间的关系。研究发现,硝酸+热处理阴极构建的反硝化BER显示对硝酸盐的降解反应速率为27.36 mg NO3--N L-11 d-1,超过用硝酸、双氧水和盐酸处理阴极所构建BER的反应速率(分别为19.96、14.82和13.93 mg NO3--N L-11 d-1)。表征结果显示用盐酸、双氧水、硝酸和硝酸+热处理,在石墨粒表面引入含氧官能团的含量分别为1.98%、4.10%、7.7%和11.54%。这说明氧化处理导致了碳基阴极表面的含氧官能团（主要以羧基形式）含量增加,其利于代谢活性细菌的生长,进而提高了生物电化学反硝化反应动力学。微生物高通量分析表明,阴极驱动的自养反硝化菌主要由Thiobacillus和Sulfurimonas组成,这两种菌在用酸热处理的阴极上显示出更高的丰度。地下水中共存的其他污染物对硝酸盐电催化还原的影响值得关注。本研究考察了砷共存条件下,电化学催化还原硝酸盐反应效率的变化,并探讨了采用同一个电化学反应器实现两种污染物同步去除的可能性。通过比选几种阴极材料,发现Cu-Zn电极用于电催化还原硝酸盐效果最好,在5小时的反应时间中,催化硝酸盐(起始浓度为100 mg L-1)降解的去除率达到90%以上。NaCl的存在能够提高硝氮转化为N2的选择性,探究了其浓度变化对反应选择性的影响,找到合适的NaCl浓度为500 mg L-1,此时反应选择性最高。为了降低砷对硝酸盐电催化还原的可能影响,构建了双阳极-单阴极的电化学反应器耦合电催化还原脱氮、电催化氧化As（Ⅲ）和电混凝,实现同步去除硝酸盐和As。结果表明反应150分钟之后,50 mg L-1 NO3--N和1000μg L-1的As（Ⅲ）基本能同步去除。根据反应中产物形态的物理化学表征,可推测固体沉淀物的主要组分为氢氧化铁和磁铁矿,As（Ⅲ）在氧化的过程中也同时被含铁矿物吸附。上述研究结果可为（生物）电化学技术用于地下水中硝氮去除提供理论参考。