高氯酸盐是一种新兴的持久性污染物，广泛存在于地表水和地下水中。生物还原法是处理高氯酸盐污染水的一种有效并且经济的方法。在本文中，利用浏阳河天然沉积物作为微生物的接种物，接种到双室生物膜电极反应器(BER)中，研究了在原位电解水产氢气的辅助下，氢自养微生物对高氯酸盐的还原。为了避免极端pH和电子直接转移对高氯酸盐还原的影响，设计了一种新的阴极结构。在连续模式下研究了高氯酸盐的生物还原。通过高通量测序分析了生物膜中微生物群落结构的演变和微生物种群的相对丰度，以及各个阶段的优势菌群和关键功能菌群。此外，还阐明了利用阴极表面原位生成的氢作为电子供体来生物还原高氯酸盐的降解途径。所得结论如下：
　　(1)浏阳河水样和底泥样品中的高氯酸盐含量均低于检测限。底泥中的微生物在梯度浓度高氯酸盐的筛选下，成功富集出能够利用氢气作为电子供体，特异性还原高氯酸盐的自然环境微生物。并且通过高通量测序的方法分析了各浓度下微生物的多样性和菌种分布情况。
　　(2)在双室生物膜电极反应器中，利用自然环境样品中富集的高氯酸盐还原菌生物膜，可以实现高氯酸盐的原位生物还原。采用阴极产生的氢气作为电子供体，通过生物膜中多种微生物的联合反应降解高氯酸盐。微生物周围的环境保持在7.2-8.4的范围内，可以确保了PRB的最大生物活性。更重要的是，成功避免了电子被微生物直接作为电子供体用于高氯酸盐还原的可能性。在10mg/L的高氯酸盐进水浓度下，高氯酸盐去除率达到98.16%。在20mg/L的高氯酸盐进水浓度下，高氯酸盐的去除通量最高可达1498.420mg/m2·d且平均能耗(E)仅为0.410kW·h/g-ClO4-。
　　(3)通过高通量测序确定BER中的微生物群落进化，生物膜样品的测序分析表明，进水高氯酸盐浓度对微生物群落有重大影响。当高氯酸盐低于10mg/L时，拟杆菌(Bacteroidetes)和厚壁菌(Firmicutes)是主要的微生物。变形菌(Proteobacteira)在生产初期所占比例较小，随着进水高氯酸盐浓度增加到20mg/L，变形菌迅速增长并占优势。这表明涉及高氯酸盐生物还原的功能种群已成功富集，主要包括亚硝基单胞菌(Nitrosomonas，30%)、单胞菌(Arenimonas ， 15%)、热单胞菌(Thermomonas，9%)、丛毛单胞菌(Comamonas，8%)、索氏菌(Thauera， 3%)和噬氢菌(Hydrogenophaga， 3%)。同时，生物膜中功能种群的比例与高氯酸盐浓度有关，随着进水高氯酸盐浓度的增加，PRB被成功富集并呈上升趋势。结合高氯酸盐的还原结果和对各阶段生物膜微生物的分析，可以推断出高氯酸盐在BER系统中生物还原的主要降解途径。