生物电化学系统(Bioelectrochemical Systems,BES)是一种将微生物和电化学结合在一起,以电活性微生物(Electroactive Bacteria,EABs)为催化剂催化电极表面电化学反应并完成污染物降解以及电能回收利用等过程的技术。本文以脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)为阴极接种菌,NO3-为电子受体,阴极为电子供体,并设置一定的阴极电位,分别构建了单室BES和双室BES。通过涂布法和电沉积法制备了水钠锰矿修饰石墨电极并作为BES的阴极,分别研究了修饰阴极对双室和单室BES脱氮性能的影响,同时研究了T.denitrificans生物膜在单室BES中的电化学特性,得出的主要结论如下:在一定外加电位条件下,T.denitrificans可以吸收电极电子以维持自身代谢并在电极表面形成具有电化学活性的生物膜。在双室BES中,通过涂布法修饰阴极后提高了阴极的比表面积,增强了T.denitrificans生物膜的电化学活性并促进了硝酸盐的还原速率,修饰阴极BES的硝酸盐还原速率达到了51.56±2.47 mmol NO3--N L-1d-1m-2,比对照BES提高了73.78%。在单室BES中,以涂布法和电沉积法制备的水钠锰矿修饰阴极均增强了T.denitrificans生物膜的电化学活性,降低了生物膜电阻以及阴极和生物膜间的界面电阻,改善了阴极性能并提高了硝酸盐的还原速率,相比较于对照BES,修饰阴极BES的硝酸盐还原效率分别提高了60.91%和97.24%,达到36.88±2.20 mmol NO3--N L-1d-1m-2和57.89±2.54 mmol NO3--N L-1d-1m-2。在单室BES中,阴极施加不同的电位(-300 mV、-500 mV和-700 mV)均获得了具有电化学活性的T.denitrificans生物膜。CV测试结果证明电位越负,T.denitrificans生物膜的电化学活性越强,并发现T.denitrificans生物膜是以直接电子传递的方式吸收电极电子还原硝酸盐。在单室和双室BES中均未发现氨氮,证明T.denitrificans可以利用电极作为电子供体,以脱氮反应为唯一的硝酸盐去除方式降解硝酸盐。