本发明涉及一种以二氧化碳为碳源的回流式水平流氢基质生物膜反应器，由卧式长方体反应器箱体（5），进水口（2）、回流进水口（1）、溢流出水口（9）、回流出水口（8）、排泥口（7）、箱盖上的6个有内螺纹的接口（11）和6个提供H₂、CO₂的膜组件组成，每两个膜组件为一组，每组膜组件之间以及膜组件与进水口（2）之间依次设有第三导流板（6），第二导流板（4）和第一导流板（3），第一导流板（3）的底端与反应器箱体内底壁固结，一侧留有通道，其余两块导流板的底部均留有通道，两侧对称与箱体前、后侧壁交错固结，形成对称的通道。本发明处理效果好、运行和维护方便、成本低廉、易于大规模工程化处理地下水中氧化态污染物。