由于氮肥的过量施用等原因导致地下水中硝酸盐污染不断加剧,直接影响着居民饮用水安全。将生物反硝化与电化学相结合能够有效地处理地下水中硝酸盐,但是,在以往生物-电化学反硝化系统的研究中,人们多只关注运行条件对反硝化性能的影响,缺乏对不同操作条件下反应器内电流对微生物影响的机理探讨。本研究采用生物-电化学反应器进行反硝化实验,探究不同条件下电流刺激对反硝化性能及反硝化细菌的影响,揭示电流刺激对反硝化菌的作用机理,为生物-电化学反硝化系统的应用提供理论基础。在构建的生物-电化学反硝化系统中分别探究了以不锈钢棒、碳棒和Ti/IrO₂棒为阳极时的反硝化性能,发现不同材质阳极最佳电流密度范围基本一致,均为200²50 mA/m²,在此电流密度范围内各反应器的硝酸盐去除率最大,且ATP总水平最高。此外,在大电流密度（350⁴00 mA/m²）下,微生物活性受到抑制,并且Ti/IrO₂棒阳极对微生物活性的抑制作用比其他两种阳极材料显著;通过比较三种材料作为阳极时的反硝化性能、微生物活性及pH值的变化,确定了不锈钢棒更适合于生物-电化学反硝化系统的构建。通过对比研究不通电和合适电流密度（200 mA/m²）下初始pH值对反硝化性能和微生物的影响,发现不论通电与否,NO₃^--N的去除率均在初始pH=7.25时呈现最大;随着初始pH值增加,NO₃^--N去除率均出现下降,且NO₂^--N的积累增加;同时,在相同初始pH下,合适的电流密度不仅能提高反硝化细菌的活性及反硝化性能,还能在超出最佳pH范围时有效地提高反硝化细菌对pH的抵抗能力。在研究不同C/N对生物-电化学反硝化的影响时发现最佳运行电流密度不受C/N的影响,均为250 mA/m²,且在此电流密度下的NO₃^--N的去除率最大,NO₂^--N积累量最小,ATP总水平最高,微生物最大比生长速率最快、延滞期相对较短,且这种趋势不受C/N的影响。同时,利用修正后Gompertz模型得到的微生物生长参数构建了微生物生长的二级模型,较好地描述了电流与微生物生长状态之间的关系。通过向反应器内添加微量元素可有效地提高相同电流密度下微生物还原硝酸盐的能力,Mo和Fe元素对硝酸盐还原酶（Nar）活性的提升最为明显,而Cu和Fe元素可显著提升亚硝酸盐还原酶（Nir）活性;且多元素组合可有效提高反硝化细菌对大电流的抵抗能力。此外,合适电流刺激（200 mA/m²）和微量元素的添加都能够对微生物代谢活性、微生物生长繁殖、最大比生长速率以及生长延滞期起到积极作用,并能有效地提高Nar和Nir的活性,而电流刺激的作用更为明显。不同电流密度（0、200和400 mA/m²）下的微生物群落结构分析发现200mA/m²下微生物群落的均匀度、丰富度和多样性明显提高,这有利于微生物群落抵抗外界环境的干扰。不同电流密度下的微生物群落组成相似,优势菌门均为β-变形菌门（Betaproteobacteria）,其次为拟杆菌门（Bacteroidetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）,但各门类在不同电流密度下所占比例不同。本研究揭示了电流刺激对生物-电化学反硝化性能及反硝化细菌的作用机制,为生物-电化学反硝化工艺的应用提供了理论与技术支持。