近几十年来,随着社会生产的发展,氮污染问题严重影响着城镇及农村地下水资源安全。工业企业废水的过度排放,农业产业氮肥的过量使用和动物排泄物的处置不当,使得地表水及地下水中硝酸盐氮的含量不断提高,硝酸盐污染日趋加剧,严重威胁人类健康。氢基质生物膜反应器（H₂-MBfR）是一种新兴的高效、无二次污染污水处理技术,在硝酸盐处理方面具有良好的应用前景。本研究对MBfR膜材料的选择、MBfR运行影响因素和微生物群落生长进行了研究。揭示了材料本身的物理化学特性对微生物初期的吸附,降解方面的影响。同时也通过调控不同的进水NO₃^--N浓度、氢气压力、进水流速对反应器污染物降解效果及微生物群落结构的影响进行了探讨。结果显示:通过对PVC、PVDF膜的性能表征可知,两种中空纤维膜均为弱亲水性,其中以haike PVC膜亲水性最弱,Lvdong PVDF膜亲水性最强;Lvdong PVC中空纤维膜在中性条件下带有正电荷,更易吸附水体中带负电荷的微生物。膜材料的疏水性能越好、膜表面结构越光滑,则膜材料的渗透性能就越好。而膜孔隙率对于缓慢的物理渗透扩散来讲,影响较小。从PVC、PVDF膜反应器启动反应来看,PVC膜表面生物膜要相对于PVDF膜的挂膜更为迅速,生物膜更快成熟稳定。表明PVC膜表面性质（粗糙度、亲疏水性、电荷性）更有利于微生物的生长繁殖;PVC膜表面生物膜分泌的EPS总量140.7 mg/gVSS要高于PVDF膜表面分泌的EPS总134.79 mg/gVSS,并且PVC膜表面微生物分泌了更多的结合型蛋白,有利于微生物黏附于疏水性膜材料表面。在MBfR去除硝酸盐影响因素与氢气利用阶段表明,30 mg/L NO₃^--N浓度,0.04 MPa的氢气压力,3 mL/min的进水流速的条件下,MBfR的整体运行效果最为高效。当量电子通量结果显示,调节进水污染物浓度与进水流速相比于调控氢气压力电子受体还原当量电子转移通量大。通过高通量测序对各反应阶段微生物生长研究结果表明,随着反应器的运行,Shannon指数逐渐降低由初始状态的4.75降为2.64,说明接种的原始厌氧污泥逐渐纯化为我们所需要的氢自养微生物。NO₃^--N浓度为30 mg/L时会抑制微生物的生长。不同因素调控操作下,样品之间相对优势物种也会有所差异。氢气压力的提高促进了微生物中氢自养菌的繁衍生长;进水流速的提高则使得群落丰富度增加,均匀程度有所降低。硝酸盐还原有关的Proteobacteria（变形菌门）在20 mg/L的硝态氮浓度下,该菌的生长繁殖最为旺盛。