生物阴极反硝化（biocathode denitrification）被认为是一项高效低耗的脱氮技术,在生物阴极中,细菌以电极作为唯一电子供体进行硝酸盐的还原去除,使得生物脱氮技术摆脱了对有机或无机物质电子供体的依赖,更易于操作控制,并且避免了对出水水质的二次污染,从而具有非常广阔的应用前景。然而,由于受到阴极微生物难以驯化培养等认知的限制,目前大部分关于生物阴极反硝化的研究都停留在实验室配水或者模拟地下水的阶段,因此,本文首先探究了利用生物阴极实现焦化废水生物出水中硝酸盐去除的可行性,考察了阴极生物电流的产生和硝酸盐的去除情况。实验结果显示首次向生物阴极投加焦化废水生物出水时,硝酸盐基本无法被去除。然而重复驯化使得废水中部分难降解有机物被微生物降解,并且反硝化细菌逐渐适应了水中难降解有毒物质的存在,产生了明显的阴极生物电流,实现了硝酸盐的去除。激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）表征显示,长时间的驯化使得生物阴极的相对活性从48.8%（石墨毡）和42.0%（石墨粒）上升至66.1%（石墨毡）和82.0%（石墨粒）。对污泥上清液和各生物阴极做微生物群落结构分析,结果显示以阴极直接作为唯一电子供体的反硝化细菌硫杆菌属（Thiobacillus）在生物阴极中是优势菌属。同时,由于在实际水环境中重金属常与硝酸盐共存,而目前的研究中,关于重金属对生物阴极反硝化影响的研究是十分欠缺的。因此本文以重金属镉、铜、镍和锌为例,探究了在多次驯化的过程中,重金属对生物阴极反硝化过程的影响规律。实验确定了这四种重金属对生物阴极内硝酸盐转化速率的抑制达到80%时的投加浓度和对应的溶液中游离浓度（IC80）。并且以Cd²⁺为例的进一步研究发现,IC80浓度下,3次重复驯化后Cd²⁺对生物阴极反硝化的抑制现象逐渐消失。同时,生物阴极的电化学阻抗明显减小;CLSM表征结果显示生物阴极的相对活性由43.4%（石墨毡）和38.7%（石墨粒）上升至79.1%（石墨毡）和74.3%（石墨粒）;微生物群落结构分析也显示以硫杆菌属（Thiobacillus）和硫单胞菌属（Sulfurimonas）为代表的阴极驱动的自养反硝化细菌的相对丰度明显上升。这说明长时间的驯化促使生物阴极中以电极作为电子供体进行自养反硝化的细菌对Cd²⁺的毒性表现出良好的适应性。